Физики из США разработали новую методику мониторинга «второго звука» — причудливого типа тепловой волны, возникающей в сверхтекучих средах. Эта работа может помочь смоделировать множество интересных с научной точки зрения и плохо изученных систем, включая высокотемпературные сверхпроводники и нейтронные звезды.
Термин «второй звук» был придуман советским физиком Львом Ландау в 1940-х годах после того, как его коллега Ласло Тиса предположил, что причудливые свойства жидкого гелия можно объяснить, рассматривая его как смесь двух жидкостей: нормальной жидкости и сверхтекучей жидкости, которая текло без трения. Такое расположение дает возможность того, что, если сверхтекучая и нормальная жидкости текут в противоположных направлениях, материал не будет испытывать каких-либо видимых возмущений, но тепло, тем не менее, будет проходить через него, как волна, когда нормальная жидкость и сверхтекучая жидкость меняются местами.
Вскоре после этого другой советский физик Василий Пешков подтвердил это экспериментально. «Он [Пешков] буквально мог периодически нагревать сверхтекучую жидкость с одной стороны и измерять, что тепло распределялось в его контейнере как стоячая волна», — говорит Мартин Цвирляйн, физик из Массачусетского технологического института (MIT), который возглавил новое исследование.
В 21 веке физики, такие как Зоран Хаджибабич Кембриджского университета, Великобритания; Дебора Джин JILA в Боулдере, США; и Вольфганг Кеттерле из Массачусетского технологического института открыл новое измерение в исследованиях второго звука, продемонстрировав, что конденсаты Бозе-Эйнштейна и сильно взаимодействующие ферми-газы также обладают сверхтекучими свойствами. В 2013 Рудольф Гримм Центра ультрахолодных атомов и квантовых газов в Инсбруке (Австрия) стал первым, кто наблюдал второй звук в такой системе. «[Гримм] не мог видеть тепло, но всякий раз, когда у вас есть градиент тепла в газе, он также сопровождается градиентом плотности, потому что газ сжимаем», — объясняет Цвирляйн. «Была движущаяся волна плотности со скоростью, намного меньшей, чем скорость обычного звука, и это было связано со вторым звуком».
Прямая визуализация теплового потока
В новом исследовании Цвирляйн и его коллеги изобразили тепловой поток в сильно взаимодействующем ферми-газе, состоящем из ультрахолодных атомов лития-6. Для этого они поместили атомы в потенциальный ящик и включили магнитное поле, точно настроенное на величину, связанную с так называемым резонансом Фешбаха в атомах. При этом резонансе фермионные атомы лития-6 ниже определенной критической температуры могут взаимодействовать друг с другом на больших расстояниях, образуя бозонные пары по механизму, близкому к механизму Бардина-Купера-Шриффера в сверхпроводимости. «Это немного вводит в заблуждение, но полезно для первого понимания думать о сверхтекучести как о компоненте пар, а о нормальном компоненте как о компоненте неспаренных атомов», — объясняет Цвирляйн.
Затем исследователи применили к газу короткий радиочастотный (РЧ) импульс. Радиочастотное излучение перевело неспаренные атомы в другое сверхтонкое состояние, оставив парные атомы нетронутыми. Затем исследователи использовали лазерный свет для изображения двух групп атомов. «Эти сверхтонкие состояния настолько разделены, что наш оптический зонд реагирует только на те конкретные сверхтонкие состояния, которые мы выбрали», — объясняет Цвирляйн. «Там, где много атомов, мы получаем темную тень; там, где почти нет атомов, свет проходит». Важно отметить, что поскольку более холодные газы содержат большую долю парных атомов, на которые не влияет радиочастотное излучение, изображения содержат информацию о температуре газа. Таким образом, исследователи смогли непосредственно визуализировать тепловой поток, даже когда среда оставалась неподвижной.
Вооружившись этим новым инструментом, исследователи провели несколько измерений. При самых низких температурах локальный нагрев одной области вызывал сильные волны второго звука. По мере приближения среды к критической температуре эти волны постепенно становились менее значимыми для теплопереноса по сравнению с простой диффузией. При температуре выше критической они исчезали совсем. Команда также наблюдала аномальное поведение при критической температуре. «Это похоже на любой фазовый переход, например, когда вода кипит в чайнике: вы видите пузырьки — все сходит с ума», — говорит Цвирляйн. Наконец, они измерили затухание второго звука, которое возникает из-за того, что хотя сверхтекучая составляющая течет без трения, нормальная жидкость - нет.
Высокотемпературные сверхпроводники и нейтронные звезды
Исследователи говорят, что новая методика должна применяться и к конденсатам Бозе-Эйнштейна, а также может быть использована для анализа недавно разработанной модели высокотемпературной сверхпроводимости Ферми-Хаббарда. Более того, Цвирляйн предполагает, что «материя внутри нейтронной звезды очень похожа по поведению, что удивительно, потому что эти нейтроны также очень сильно взаимодействуют, поэтому мы кое-чему учимся на нашем облачке газа в лаборатории, которое в миллион раз тоньше воздуха». что-то о сумасшедших нейтронных звездах, до которых трудно добраться».
«Второй звук» появляется в германии
Хаджибабич, не принимавший участия в исследовании, впечатлен. «Дело не только в том, что они проводят отличную термометрию ниже нанокельвина — что сложно, даже если температура везде одинаковая — но, кроме того, они могут делать это локально, что является ключевым моментом для наблюдения этой волны», — говорит он. Мир физики. «Таким образом, они могут сказать, что здесь на пол-нанокельвина горячее, а здесь, в 20 микронах, на пол-нанокельвина холоднее». Он говорит, что с нетерпением ждет возможности увидеть применение этой техники «в системах, о которых мы знаем гораздо меньше и где вся система далека от равновесия».
Исследование опубликовано в Наука.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/physicists-take-the-temperature-of-second-sound/
- :имеет
- :является
- :нет
- :куда
- 160
- 20
- 2013
- 21
- 7
- 800
- a
- в состоянии
- О нас
- выше
- AC
- Дополнительно
- После
- потом
- против
- AIR
- родственный
- почти
- причислены
- Несмотря на то, что
- в целом
- an
- Анализ
- и
- анимация
- Другой
- любой
- очевидный
- появляется
- прикладной
- Применить
- МЫ
- расположение
- AS
- связанный
- At
- Austria
- прочь
- назад
- BE
- стали
- , так как:
- было
- поведение
- ниже
- Немного
- изоферменты печени
- Коробка
- но
- by
- Кембридж
- CAN
- вызванный
- Центр
- века
- определенный
- изменения
- нажмите на
- придумано
- коллега
- коллеги
- сравненный
- компонент
- состоящие
- ПОДТВЕРЖДЕНО
- принимая во внимание
- постоянная
- содержать
- Container
- контрасты
- может
- сумасшедший
- критической
- в решающей степени
- темно
- демонстрирующий
- развитый
- различный
- Вещание
- Размеры
- непосредственно
- Дисплей
- распределенный
- do
- приносит
- каждый
- достаточно
- Даже
- везде
- возбужденный
- опыт
- объяснены
- Объясняет
- факт
- далеко
- поле
- в заключение
- Во-первых,
- поток
- Потоки
- жидкость
- Что касается
- вперед
- вперед
- доля
- трение
- от
- ГАЗ
- получить
- GIF
- дает
- Go
- хорошо
- постепенно
- графический
- большой
- сетка
- Группы
- Половина
- Жесткий
- Есть
- he
- тепловая волна
- гелий
- помощь
- полезный
- здесь
- High
- его
- ГОРЯЧИЙ
- HTTP
- HTTPS
- if
- изображение
- изображений
- Изображениями
- впечатленный
- in
- В том числе
- информация
- внутри
- Институт
- взаимодействовать
- взаимодействующий
- интересный
- выпустили
- вовлеченный
- вопрос
- IT
- ЕГО
- JPG
- всего
- Основные
- Знать
- лаборатория
- больше
- лазер
- изучение
- уход
- привело
- Меньше
- легкий
- такое как
- жидкость
- в местном масштабе
- Длинное
- ВЗГЛЯДЫ
- много
- сделанный
- Магнитное поле
- Массачусетс
- Массачусетский Технологический Институт
- материала
- макс-ширина
- проводить измерение
- размеры
- механизм
- средний
- может быть
- миллиона
- дезориентировать
- MIT
- смесь
- модель
- Мониторинг
- Более того
- движение
- много
- Нейтронная звезда
- Нейтронные звезды
- нейтроны
- Тем не менее
- Новые
- NIST
- нет
- "обычные"
- наблюдать
- of
- on
- ONE
- только
- открытый
- противоположность
- or
- Апельсин
- обычный
- Другое
- наши
- в паре
- пар
- особый
- pass
- проходит
- фаза
- физик
- Физика
- Мир физики
- розовый
- Мест
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- возможность
- потенциал
- Точно
- зонд
- свойства
- опубликованный
- импульс
- Квантовый
- ассортимент
- недавно
- понимается
- область
- остались
- представляющий
- исследованиям
- исследователи
- резонанс
- Рост
- то же
- сообщили
- говорит
- Наука
- Во-вторых
- посмотреть
- видя
- выбранный
- несколько
- Shadow
- Короткое
- должен
- показ
- сторона
- значительный
- аналогичный
- просто
- одинарной
- So
- удалось
- Звук
- скорость
- раскол
- положение
- Звезда
- Звезды
- Область
- Области
- По-прежнему
- сильный
- сильно
- Кабинет
- такие
- Предлагает
- Сверхпроводимость
- Поверхность
- удивительно
- Коммутатор
- включается
- система
- системы
- взять
- команда
- техника
- Технологии
- говорит
- срок
- чем
- который
- Ассоциация
- тогда
- Там.
- следовательно
- тепловой
- Эти
- они
- вещи
- think
- этой
- Через
- миниатюрами
- раз
- в
- вместе
- инструментом
- перевод
- переход
- правда
- настроены
- два
- напишите
- Uk
- незатронутый
- понимание
- понимать
- Университет
- университет Кембриджа
- us
- используемый
- ценностное
- разнообразие
- очень
- законопроект
- Вода
- Wave
- волны
- we
- ЧТО Ж
- когда
- когда бы ни
- который
- в то время как
- КТО
- все
- будете
- без
- Работа
- Мир
- Ты
- зефирнет