Ερευνητές του MIT, αφού εξερεύνησαν ένα υπερρευστό κβαντικό αέριο, έδειξαν ότι η θερμότητα μπορεί να ταξιδέψει με έναν κυματοειδή τρόπο που ονομάζεται δεύτερος ήχος, αντί να εξαπλώνεται και να ηρεμεί.
Πιο συγκεκριμένα το παράξενο αυτό φαινόμενο, γνωστό ως “second sound”, αναφέρεται σε μια κατάσταση όπου η θερμότητα κινείται σαν κύμα και όχι με διάχυση όπως έχουμε συνηθίσει. Αντί να εξαπλώνεται αργά, η θερμική ενέργεια διαπερνά ένα υλικό με τον ίδιο τρόπο που ο ήχος ταξιδεύει στον αέρα. Δεν είναι κάτι που θα βιώναμε στην καθημερινή ζωή, αλλά σε εξαιρετικά ψυχρά ή υψηλής τάξης συστήματα, όπως ορισμένοι κρύσταλλοι ή κβαντικά ρευστά. Αυτό το κύμα είναι διαφορετικό από τον τρόπο που συνήθως κυμαίνεται η θερμοκρασία καθώς αντί να διαχέεται σταθερά μέχρι να εξαπλωθεί πλήρως, η θερμότητα πάλλεται σαν κυματισμός.
Το φαινόμενο που είναι γνωστό ως quantum turbulence τίθεται σε εφαρμογή όταν τα κανονικά και τα υπερρευστά συστατικά κινούνται μαζί σε μεγάλες κλίμακες και στη συνέχεια χάνουν την αλληλοεπίδρασή τους σε μικρότερες κλίμακες. Ένα υπερρευστό είναι ένα ειδικό υγρό που κινείται χωρίς ιξώδες. Στο ήλιο-4 , αυτή η συμπεριφορά εμφανίζεται σε θερμοκρασίες κάτω από περίπου -271 °C. Όταν το ρευστό είναι ταυτόχρονα υπερρευστό και κανονικό, μπορεί να εμφανιστεί τριβή μεταξύ των δύο μορφών. Αυτή η τριβή μπορεί να δημιουργήσει στροβιλιζόμενες δομές στο υπερρευστό, αλλά επιτρέπει επίσης σε παλμούς θερμοκρασίας (δεύτερος ήχος) να διαπερνούν.
Οι ερευνητές εξέτασαν τον δεύτερο ήχο στο ήλιο για να δουν αν η ίδια ιδέα κύματος εμφανίζεται και σε άλλα εξωτικά υλικά. Η ανακάλυψη ενός μοτίβου στο υπερρευστό ήλιο θα μπορούσε να βοηθήσει στην ερμηνεία των σημάτων σε πειράματα προηγμένης φυσικής. Αυτή η σαφήνεια υποστηρίζει τις προσπάθειες σχεδιασμού τεχνολογιών που αξιοποιούν τα κβαντικά φαινόμενα, όπως ευαίσθητους αισθητήρες ή πιο αποτελεσματικά συστήματα ψύξης. Η ομάδα χρησιμοποίησε νέες προσεγγίσεις απεικόνισης για να παρακολουθήσει τους θερμικούς παλμούς να αναπηδούν μέσα στο ρευστό. Η ανάλυση δεδομένων έδειξε ότι η ταχύτητα αυτών των κυμάτων είναι περίπου 15 μέτρα/δευτερόλεπτο για το ήλιο στους 1,6 K, αν και μικρές αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση μπορούν να μετατοπίσουν αυτήν την ταχύτητα. Το κύμα τελικά μικραίνει, αλλά ταξιδεύει αρκετά ώστε να επιβεβαιώσει έναν ξεχωριστό δεύτερο ήχο.
Για να μετρήσουν με ακρίβεια τον δεύτερο ήχο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια συντονισμένη κοιλότητα γεμάτη με υπερρευστό ήλιο. Αυτή η ρύθμιση τους επέτρεψε να δημιουργήσουν και να παρακολουθήσουν στάσιμα κύματα θερμοκρασίας που προσέφεραν μια άμεση ματιά στη συμπεριφορά των γραμμών στροβίλου και στον χώρο μεταξύ τους. Οι επικριτές σημειώνουν ότι οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και οι μηχανικοί κραδασμοί μερικές φορές καλύπτουν ευαίσθητα σήματα. Για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες σχεδιάζουν αυστηρότερο έλεγχο της θερμοκρασίας και πιο εκλεπτυσμένη απεικόνιση στην επόμενη γενιά δοκιμών.
Τροποποιητικές φορολογικές δηλώσεις 2025 χωρίς πρόστιμο – Η σημαντική προθεσμία
Ένα από τα πιο εκπληκτικά ευρήματα είναι ότι η συμπεριφορά του δεύτερου ήχου παρέμεινε σχεδόν αμετάβλητη σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να βοηθήσει τους ειδικούς να επανεξετάσουν τον τρόπο με τον οποίο χάνεται η ενέργεια στα κβαντικά ρευστά, ειδικά σε συστήματα όπου το παραδοσιακό ιξώδες δεν ισχύει.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο arXiv.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
