Учени потвърждават невероятното съществуване на "вторичен звук". Първо видимо доказателство

Ваня Милева Последна промяна на 29 December 2025 в 00:00 8716 0

3D вълнообразен фон с векторна илюстрация на ефект на пулсации с 3D мрежова повърхност на частици

Кредит Oliver Knill | Department of Mathematics | Harvard University
Илюстрация на "вторичен звук"

Обикновено, когато нещо се затопли, топлината се разпространява във всички посоки, преди евентуално да се разсее. Но нещата са малко по-различни в света на свръхфлуидния квантов газ.

За първи път учени от MIT успешно са изобразили как топлината всъщност се разпространява във вълна, наречена "вторичен звук", през тази екзотична течност.

Разбирането на тази динамика би могло да помогне за отговорите на въпроси относно високотемпературните свръхпроводници и неутронните звезди.

В света на обикновените, ежедневни материали, топлината се разпространява от локализиран източник.

Ако пуснете горещ въглен в тенджера с вода и температурата на течността бавно ще се повиши, преди топлината ѝ евентуално да се разсее. Но светът е пълен с редки, екзотични материали, които не спазват точно тези термични правила.

Вместо да се разпространяват равномерно във всички посоки, както би се очаквало, топлината в тези свръхфлуидни квантови газове по същество се разпространява като вълна. Учените наричат ​​това поведение "вторичен звук" на материала (първият е обикновен звук чрез вълни на плътност). Въпреки че това явление е наблюдавано и преди, то никога не е било изобразявано. Но наскоро учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) най-накрая успяват да уловят това движение на чиста топлина, разработвайки нов метод за термография (наречен топлинно картографиране).

Резултатите от това проучване са публикувани в списание Science, а в прессъобщение на университета, подчертаващо постижението, доцентът и съавтор на MIT Ричард Флетчър (Richard Fletcher) продължава аналогията с кипящата вода, за да опише присъщата странност на "втория звук" в тези екзотични свръхфлуиди.

Опростен пример за "плискане" на топлина в свръхфлуид в сравнение с нормален флуид. Кредит: MIT

"Все едно имате резервоар с вода и сте направили едната половина почти кипяща", обяснява Флетчър. "Ако след това наблюдавате как самата вода изглежда напълно спокойна, но изведнъж другата страна става гореща, а след това и другата страна е гореща и топлината се движи напред-назад, докато водата изглежда напълно неподвижна."

Тези свръхфлуиди се създават, когато облак от атоми е подложен на ултраниски температури, приближаващи абсолютната нула (−227 °C). В това рядко състояние атомите се държат различно, тъй като създават флуид, който се движи на практика без триене. Именно в това състояние без триене се предполага, че топлината се разпространява като вълна.

"Вторичният звук е отличителен белег на свръхфлуидността, но в ултрастудените газове досега можеше да се види само в това слабо отражение на вълните на плътността , които го съпътстват", разказва водещият автор Мартин Цвиерлайн (Martin Zwierlein) в прессъобщение. "Характерът на топлинната вълна не можеше да бъде доказан преди."

За да уловят най-накрая този вторичен звук в действие, Цвайерлайн и екипът му трябвало да мислят извън обичайната топлинна рамка, тъй като има голям проблем при опитите за проследяване на топлината на ултрастуден обект – той не излъчва обичайното инфрачервено лъчение. Затова учените от MIT разработили начин да използват радиочестотите, за да проследяват определени субатомни частици като "литий-6 фермиони", които могат да бъдат уловени чрез различни честоти във връзка с тяхната температура (т.е. по-топлите температури означават по-високи честоти и обратно). Тази новаторска техника позволила на изследователите по същество да се съсредоточат върху "по-горещите" честоти (които все още били много студени) и да проследят получената вторична вълна с течение на времето.

Това може да ви се стори като голямо постижение или да си кажете "и какво от това?". В края на краищата, кога за последен път сте имали близък сблъсък със свръхфлуиден квантов газ? Но попитайте учен по материалознание или астроном и ще получите съвсем различен отговор.

Въпреки че екзотичните свръхфлуиди може да не изпълват бита ни (все още), разбирането на свойствата на движението на вторичната вълна би могло да помогне за въпросите, свързани с високотемпературните свръхпроводници (отново, все още при много ниски температури) или сложната физика, която лежи в основата на неутронните звезди.

Справка: Zhenjie Yan et al. ,Thermography of the superfluid transition in a strongly interacting Fermi gas. Science 383, 629-633(2024). DOI: 10.1126/science.adg3430

Източник: Scientists Confirm the Incredible Existence of ‘Second Sound’; Here’s visible proof for the first time ever., Рopular Мechanics, fPublished: Dec 21, 2025; 

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !