Fizikçiler ikinci sesin sıcaklığını ölçüyor – Fizik Dünyası

ABD'li fizikçiler tarafından süperakışkanlarda meydana gelen tuhaf bir ısı dalgası türü olan "ikinci sesi" izlemek için yeni bir teknik geliştirildi. Çalışma, yüksek sıcaklıktaki süper iletkenler ve nötron yıldızları da dahil olmak üzere, bilimsel açıdan ilginç ve yeterince anlaşılmamış çeşitli sistemlerin modellenmesine yardımcı olabilir.

"İkinci ses" terimi, 1940'larda Sovyet fizikçi Lev Landau tarafından, meslektaşı László Tisza'nın, sıvı helyumun tuhaf özelliklerinin, onu iki sıvının karışımı olarak ele alarak açıklanabileceğini öne sürmesinden sonra icat edildi: normal bir sıvı ve bir süperakışkan. sürtünme olmadan akıyordu. Bu düzenleme, süperakışkan ve normal akışkanın zıt yönlerde akması durumunda malzemenin herhangi bir görünür bozulmaya maruz kalmaması ancak yine de normal akışkan ve süperakışkan geçişleri sırasında ısının bir dalga gibi içinden geçmesi olasılığını doğurur.

Kısa bir süre sonra başka bir Sovyet fizikçisi Vasilii Peshkov bunu deneysel olarak doğruladı. "O [Peshkov] kelimenin tam anlamıyla süper akışkanı bir taraftan periyodik olarak ısıtabildi ve ısının bulunduğu kabın içinde duran bir dalga gibi dağıldığını ölçebildi" diyor Martin ZwierleinYeni çalışmayı yöneten Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) bir fizikçi.

21. yüzyılda fizikçiler Zoran Hacıbabiç İngiltere'deki Cambridge Üniversitesi'nden; Deborah Jin Boulder, ABD'deki JILA; Ve Wolfgang Ketterle MIT'den bir araştırma, Bose-Einstein yoğunlaşmalarının ve güçlü etkileşime giren Fermi gazlarının aynı zamanda süperakışkan özellikler sergilediğini göstererek ikinci ses araştırmasına yeni bir boyut kazandırdı. 2013 yılında Rudolf Grimm Avusturya'nın Innsbruck kentindeki Ultrasoğuk Atomlar ve Kuantum Gazları Merkezi'nin araştırma görevlisi, böyle bir sistemde ikinci sesi gözlemleyen ilk kurum oldu. Zwierlein, "[Grimm] ısıyı göremiyordu, ancak bir gazda bir ısı gradyanı olduğunda buna eşlik eden bir yoğunluk gradyanı da olur, çünkü gaz sıkıştırılabilir" diye açıklıyor. "Normal ses hızından çok daha yavaş bir hızda ilerleyen bir yoğunluk dalgası vardı ve bu, ikinci sesle ilişkilendiriliyordu."

Isı akışının doğrudan görüntülenmesi

Yeni araştırmada Zwierlein ve meslektaşları, ultra soğuk lityum-6 atomlarından oluşan, güçlü etkileşime giren Fermi gazındaki ısı akışını görüntülediler. Bunu yapmak için atomları bir kutu potansiyeline yerleştirdiler ve atomlardaki Feshbach rezonansı olarak adlandırılan değere tam olarak ayarlanmış bir manyetik alanı açtılar. Bu rezonansta, belirli bir kritik sıcaklığın altındaki fermiyonik lityum-6 atomları uzun mesafede birbirleriyle etkileşime girerek süperiletkenlikteki Bardeen-Cooper-Schrieffer mekanizmasına benzer bir mekanizma ile bozonik çiftler oluşturabilir. Zwierlein şöyle açıklıyor: "Süper akışkanı çiftlerin bileşeni, normal bileşeni ise eşleşmemiş atomların bileşeni olarak düşünmek, biraz yanıltıcı ama ilk anlama açısından yararlı."

Daha sonra araştırmacılar gaza kısa bir radyofrekans (RF) darbesi uyguladılar. RF radyasyonu, eşlenmemiş atomları farklı bir aşırı ince duruma uyararak eşleştirilmiş atomları rahatsız etmedi. Araştırmacılar daha sonra iki atom grubunu görüntülemek için lazer ışığı kullandılar. Zwierlein şöyle açıklıyor: "Bu aşırı ince durumlar, optik probumuzun yalnızca seçtiğimiz belirli aşırı ince durumlara yanıt vermesini sağlayacak kadar bölünmüş durumda." “Çok sayıda atomun olduğu yerde karanlık bir gölge elde ederiz; Neredeyse hiç atomun bulunmadığı yerden ışık geçiyor.” Daha soğuk gazlar, RF'den etkilenmeyen eşleştirilmiş atomların daha büyük bir kısmını içerdiğinden, görüntüler gazın sıcaklığı hakkında bilgi içerir. Araştırmacılar bu nedenle ortam hareketsiz kalsa bile ısı akışını doğrudan görüntüleyebildiler.

Bu yeni araçla donanmış araştırmacılar çeşitli ölçümler yaptı. En soğuk sıcaklıklarda tek bir bölgenin lokal olarak ısıtılması güçlü ikinci ses dalgalarına neden oldu. Ortam kritik sıcaklığına yaklaştıkça, bu dalgalar, basit difüzyonla karşılaştırıldığında ısı transferi açısından giderek daha az önemli hale geldi. Kritik sıcaklığın üzerinde tamamen yok oldular. Ekip ayrıca kritik sıcaklıkta anormal davranışlar da gözlemledi. Zwierlein, "Bu, su ısıtıcısında kaynayan su gibi herhangi bir faz geçişi için de benzer: kabarcıklar görüyorsunuz, işler çılgına dönüyor" diyor. Son olarak, süperakışkan bileşenin sürtünme olmadan akmasına rağmen normal sıvının akmaması gerçeğinden kaynaklanan ikinci sesin sönümlenmesini ölçtüler.

Yüksek sıcaklıkta süper iletkenler ve nötron yıldızları

Araştırmacılar, yeni tekniğin Bose-Einstein yoğunlaşmalarına da uygulanması gerektiğini ve yakın zamanda geliştirilen yüksek sıcaklık süperiletkenliği Fermi-Hubbard modelini analiz etmek için de kullanılabileceğini söylüyor. Üstelik Zwierlein, "bir nötron yıldızının içindeki maddenin davranışı şaşırtıcı bir şekilde çok benzer, çünkü bu nötronlar da çok güçlü bir şekilde etkileşime giriyor, bu yüzden laboratuvardaki havadan milyon kat daha ince olan gaz nefesimizden bir şeyler öğreniyoruz" diyor. Ulaşılması zor olan çılgın nötron yıldızlarıyla ilgili bir şeyler.”

Germanium'da 'ikinci ses' beliriyor

Araştırmada yer almayan Hadzibabic etkilendi. "Sadece nanokelvin'in altında mükemmel bir termometri yapmakla kalmıyorlar - ki bu sıcaklık her yerde aynı olsa bile zordur - ayrıca bunu yerel olarak da yapabiliyorlar ki bu da bu dalgayı görmenin anahtarıdır" diyor Fizik dünyası. "Yani burasının yarım nanokelvin daha sıcak olduğunu ve 20 mikron uzaktaki buranın yarım nanokelvin daha soğuk olduğunu söyleyebilirler." Tekniğin “hakkında çok daha az şey bildiğimiz ve tüm sistemin dengeden uzak olduğu sistemlerde” uygulanmasını sabırsızlıkla beklediğini söylüyor.

Araştırma, Bilim.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/physicists-take-the-temperature-of-second-sound/