Fizikçiler, 3 Boyutlu Kuantum Gazında İki Farklı Hızda Hareket Eden Ses Yakaladılar

Bilim insanları daha önce kuantum sıvılarında iki ses dalgası fenomenini inceledikten sonra, şimdi bir kuantum gazında iki farklı hızda hareket eden ses gözlemlediler.

Bu çalışma için kullanılan üç boyutlu gaza bir şekilde dalmış olsaydınız, her sesi iki kez duyardınız: her bir ses, iki farklı hızda hareket eden iki farklı ses dalgası tarafından taşınır.

Bu, süper akışkanlık alanında önemli bir gelişmedir. Herhangi bir enerji kaybı olmadan akabilen viskozitesi olmayan sıvılar anlamına gelir.

Dikkat çekici bir şekilde, yoğunluklar ve hızlar açısından gazda gözlemlenen davranış, 1940'larda süper akışkan helyum için geliştirilen bir teori olan Landau'nun iki-akışkan modeli tarafından belirlenen parametrelerle eşleşti. Büyük ölçüde, kuantum gaz kurulumları söz konusu olduğunda aynı kurallar geçerli gibi görünüyor.

Araştırmacılar, yayınladıkları makalelerinde "Bu gözlemler, yüksek oranda sıkıştırılabilir bir gaz için iki-akışkan teorisinin tüm temel özelliklerini gösteriyor" diye yazıyor.

Bunu evde denemeyin derdik ama yapabileceğinizden şüpheliyiz: Bu deneyde, bilim inssanları bir potasyum atomu gazını mutlak sıfırın milyonda birinden daha az bir dereceye kadar soğutarak atomları bir vakumda hapsettiler.

Bu kısmen Bose-Einstein yoğuşması olarak bilinen, çok az enerjinin olduğu ve atomların zorlukla hareket ettiği veya etkileştiği şeyi oluşturdu. Etkileşimler daha sonra yapay olarak artırıldı, böylece gaz hidrodinamik hale geldi.

Ancak Bose-Einstein yoğuşması hala yüksek bir sıkıştırılabilirliği koruduğu için hala bir gazdı. Biraz farklı özelliklere sahip iki sıvı yerine, kurulum, iki ses hızı iletebilen yoğunlaştırılmış ve yoğunlaşmamış bir gaz oluşturdu.

Araştırmacılar, "Hidrodinamik olmak için yeterince güçlü bir şekilde etkileşime giren, ancak yine de yüksek oranda sıkıştırılabilir olan bir 3D ultra soğuk Bose gazında hem birinci hem de ikinci sesi gözlemledik" diye yazıyor. “Landau'nun iki-akışkan teorisinin, sırasıyla birinci ve ikinci ses moduyla, ağırlıklı olarak normal ve süper akışkan bileşenin salınımlarını içeren bu sistemin tüm temel özelliklerini yakaladığını bulduk."

Sıvılar ve gazlar, kuantum mekanik özellikler sergilemeye başladıklarında kuantum olurlar. Evrenin klasik fiziği ile karşılaştırıldığında farklı bir dizi yasaya uymaya başlarlar.

Bu durumda, gazın kuantum doğası, ses çiftini açıklar - biri tipik bir sıkıştırılmış parçacık dalgası, diğeri, parçacıklar gibi davranan ısıdaki dalgalanmalar.

Kuantum alanı, zor bir alandır ve bunun gibi gelişmeler gelecekteki araştırma ve gözlemler için faydalı olacaktır.

Araştırmacılar, "Hem mikroskobik hem de hidrodinamik özelliklere deneysel erişim, Bose sıvıları üzerinde daha ileri çalışmalar için mükemmel bir fırsat sunuyor. Özellikle, daha düşük sıcaklıkları keşfetmek ilginç olurdu" diye yazıyor.