Toplotni udari kao bizarni talasi "drugog zvuka" u superfluidima

Ali nova istraživanja pokazuju da ako ostavite u još hladnijoj prostoriji, koja je praktično potpuno bez toplote, vaša šolja ukusnog kakaa će ponovo biti vruća za tren oka.

Istraživači sa Tehnološkog instituta Masačusetsa u SAD i Tehnološkog univerziteta Svinburn u Australiji otkrili su bizaran termodinamički fenomen povratnih toplotnih talasa koji se pojavljuju u materijalima poznatim kao superfluidi, prenosi Sciencealert.

Iako to ni na koji način nije praktičan način da zagrejete čaj, ovo nam govori nekoliko stvari o kretanju energije kroz egzotične materijale, poput superfluidnog kvantnog gasa koji je proučavan u ovom eksperimentu.

„Sada možemo da ispitamo iskonski temperaturni odgovor našeg sistema, koji nas uči o stvarima koje je veoma teško razumeti ili čak dostići", kaže fizičar sa MIT-a Martin Cvirlajn.

Cvirlajnov „duh gasa“ sastoji se od izotopa litijuma zarobljenog u prostoriji sa zidovima napravljenim od svetlosti i ohlađenim na nulu. U ovim uslovima, guranja i udarci suptilnijih atomskih sila i kvantnih ponašanja koji su obično preplavljeni naletom toplotne energije dolaze do izražaja i stvaraju ono što je poznato kao Fermi gas.

Atomi su u ovim uslovima sposobni za neke čudne aktivnosti. Oni mogu, na primer, da se ponašaju kao superfluid - materijali koji teku sa nultim viskozitetom.

Jedan od fizičara koji stoje iza teorije superfluidnosti, Lev Landau, zaključio je da bi tečnost od helijuma II ohlađena i dovedena u ovo stanje zadržala viskoznu komponentu i da se stoga sastoji od dve tečnosti, jedne "super" i jedne "normalne".

Pokazalo se da ove dve tečnosti mogu da nose sopstvene talase energije, proizvodeći ono što je poznato kao drugi zvuk. Pre samo nekoliko godina fizičari sa univerziteta u Kembridžu i Oksfordu u Velikoj Britaniji pokazali su da se talasi toplote i zvuka mogu kretati na različite načine kroz kvantnu maglu kondenzata Bose Ajnštajn, kao da nijedan nije svestan putovanja drugog.

Iako je talasasto ponašanje toplote bilo jasno uočeno u ovom drugom zvuku, tek bi trebalo doći do detalja.

„Drugi zvuk je obeležje superfluidnosti, ali u ultrahladnim gasovima do sada ste ga mogli videti samo u ovom slabom odrazu talasa gustine koji idu uz njega, kaže Cvirlajn.

Karakter toplotnog talasa ranije se nije mogao dokazati.

Da bi se utvrdila priroda ovog toka toplotne energije, tim je osmislio metodu toplotnog mapiranja koja je uhvatila frekvencije zračenja specifične za toplotnu energiju koja se kreće kroz Fermi gas napravljen od izotopa litijum-6. Ovo im je omogućilo da razviju dinamičku sliku toplote dok se širi kroz sistem sa dva fluida.

U više ambijentalnih uslova, čestice u tečnostima poput vode će se gurati sa toplotnom energijom, dele svoju toplotu sa svojim susedima pri svakom sudaru, koji zauzvrat dele deo svoje energije sa sopstvenim susedima, itd. Ovo uzrokuje da se toplota rasprši iz toplog dela i da se kreće kroz sistem dok sve ne bude u ravnoteži.

Razumevanje dinamike toplotne energije u materijalima u ekstremnim uslovima moglo bi da dovede do boljih modela za poboljšanje superprovodne tehnologije ili teoretisanja ponašanja čestica duboko unutar zvezda.

To bi nam čak moglo pomoći da pronađemo način da zadržimo vašu kakao cev toplom još malo duže.