[ad_1]
برای اولین بار ، فیزیکدانان امواج صوتی را که از طریق یک مایع کامل با کمترین ویسکوزیته ممکن حرکت می کنند ، ثبت کرده اند ، همانطور که در قوانین مکانیک کوانتوم اجازه داده شده است ، یک glissando صعودی از فرکانس هایی که مایع در آن طنین انداز است.
این مطالعه ممکن است به ما در درک شدیدترین شرایط جهان کمک کند – فضای داخلی ستاره های فوق العاده راست نوترونی و “سوپ” پلاسمای کوارک-گلوئون که در سالهای بلافاصله پس از انفجار بزرگ جهان را پر کرده است.
مارتین زویرلاین ، فیزیکدان MIT گفت: “شنیدن یک ستاره نوترونی کاملاً دشوار است.”
“اما اکنون می توانید آن را در آزمایشگاه با استفاده از اتم ها تقلید کنید ، سوپ اتمی را تکان دهید و به آن گوش فرا دهید و بدانید که یک ستاره نوترونی چگونه به نظر می رسد.” (می توانید ضبط را در اینجا گوش دهید.)
مایعات تعدادی از حالات مواد را پوشش می دهند. احتمالاً اکثر مردم آنها را به عنوان مایعات در نظر می گیرند ، اما مایع به هر ماده ای گفته می شود که غیرقابل تطبیق باشد و متناسب با شکل ظرف آن باشد: گازها و پلاسما نیز مایعات هستند.
هر سه حالت مایع – مایع ، گاز و پلاسما – اصطکاک داخلی بین لایه های مایع را تجربه می کنند ، که باعث ایجاد ویسکوزیته یا ضخامت می شود. به عنوان مثال عسل بسیار چسبناک است. آب چسبناک نیست. در هلیوم مایع فوق سرد ، بخشی از مایع به یک مایع فوق العاده با ویسکوزیته صفر تبدیل می شود. اما هنوز لزوماً مایع کامل نیست.
“هلیم -3 یک گاز فرمی است ، بنابراین ممکن است تصور شود که این ماده نزدیک به وضعیتی است که داریم. اما در عوض ، معلوم می شود که هلیم -3 بسیار چسبناک است ، حتی وقتی به یک سیستم فوق مایع تبدیل شود. ویسکوزیته بسیار بالایی را نشان می دهد – حتی وقتی که مایع شود ، “Zwierline به ScienceAlert گفت.
“گرانروی ابر مایع هلیوم -3 هزار برابر بیشتر از حد کوانتوم است!”
مایع کامل ، طبق مکانیک کوانتوم ، سیالی با کمترین اصطکاک و گرانروی ممکن است که می تواند با معادلات بر اساس جرم ذره فرمیون متوسط که از آن ساخته شده و یک ثابت اساسی فیزیک به نام ثابت پلانک ، توصیف شود.
و از آنجا که ویسکوزیته یک مایع را می توان با نحوه پراکندگی صدا در آن اندازه گیری کرد – خاصیتی به نام انتشار صدا – تیمی از محققان آزمایشی را برای انتشار امواج صوتی از طریق مایع ذرات فرمیونیک برای تعیین ویسکوزیته آن طراحی کردند.
فرمیون دسته ای از ذرات است که شامل اجزای سازنده اتم ها مانند الکترون ها و کوارک ها و همچنین ذراتی است که از فرمیون ها تشکیل شده اند مانند نوترون ها و پروتون ها که از سه کوارک تشکیل شده اند.
فرمیون ها به اصل حذف مکانیکی کوانتومی پائولی متصل هستند ، که بیان می کند هیچ دو ذره در سیستم (مانند یک اتم) نمی توانند حالت کوانتومی یکسانی را اشغال کنند. این بدان معنی است که آنها نمی توانند همان فضای دیگران را اشغال کنند.
یک دسته فرمیون مانند 2 میلیون اتم لیتیوم -6 را خنک کنید تا به سرعت بیش از صفر برسد و آنها را به یک قفس لیزر فشار دهید ، و تاری کوانتومی آنها باعث می شود که در موج هایی برخورد کنند که تقریباً اصطکاک ندارند – مایع کامل.
این آزمایش باید برای به حداکثر رساندن تعداد برخورد بین فرمیون ها و لیزرهای تنظیم شده طراحی شود تا فرمیون های وارد شده به مرز دوباره به داخل گاز برگردند. این گاز در دمای بین 50 تا 500 nanoKelvin (-273.15 درجه سانتیگراد یا -459.67 درجه سانتیگراد) نگهداری می شود.
Zwierline گفت: “ما باید سیال با چگالی برابر ایجاد کنیم و فقط در این صورت است که می توانیم به یک طرف ضربه بزنیم ، به طرف دیگر گوش دهیم و از آن یاد بگیریم.” “در واقع ، رسیدن به این مکان که می توانستیم از صدا به این روش به ظاهر طبیعی استفاده کنیم کاملاً دشوار بود.”
برای “ضربه زدن” به کنار ظرف ، تیم شدت نور را در یک انتهای ظرف استوانه ای تغییر می دهد. این ، با توجه به شدت ، ارتعاشاتی را مانند انواع مختلف امواج صوتی از طریق گاز می فرستد ، که تیم از طریق هزاران تصویر ثبت می کند – کمی شبیه به فناوری اولتراسوند.
این به آنها اجازه می دهد امواج را در تراکم مایع ، مشابه امواج صوتی ، تشخیص دهند. به طور خاص ، آنها به دنبال تشدید صوتی بودند – تقویت در یک موج صوتی که زمانی اتفاق می افتد که فرکانس موج صوتی با فرکانس ارتعاشات طبیعی محیط همزمان شود.
Zwierline گفت: “کیفیت تشدیدها در مورد ویسکوزیته مایع یا نفوذ صدا به من می گوید.” “اگر مایعی ویسکوزیته کمی داشته باشد ، می تواند موج صوتی بسیار قوی ایجاد کند و اگر دقیقاً به فرکانس مناسب برخورد کند ، بسیار قوی خواهد بود. اگر مایعی بسیار چسبناک باشد ، طنین اندازهای خوبی ندارد.”
محققان طنین اندازهای کاملاً واضحی را در گاز آنها پیدا کردند ، خصوصاً در فرکانس های پایین. از آنها نفوذ صدای مایع را محاسبه می کنند. این همان مقداری بود که می توان از جرم ذرات فرمیون و ثابت پلانک بدست آورد – که نشان می دهد گاز لیتیوم 6 مانند یک مایع کامل رفتار می کند.
این پیامدهای بسیار جالبی دارد. فضای داخلی ستاره های نوترونی در حال چرخش ، اگرچه درجه حرارت و چگالی بسیاری از مقادیر بالاتر است ، اما همچنین مایعات کامل محسوب می شوند. آنها همچنین حالتهای نوسانی زیادی دارند که در آنها امواج صوتی از طریق ستاره منتشر می شوند.
ما می توانیم از مایعاتی مانند گاز لیتیوم -6 تیم برای درک نفوذ ستاره های نوترونی استفاده کنیم ، که به نوبه خود می تواند به درک بهتری از فضای داخلی آنها و سیگنال های موج گرانشی تولید شده توسط همجوشی ستاره های نوترونی منجر شود.
و این می تواند به دانشمندان کمک کند تا ابررسانایی که الکترونها می توانند آزادانه از طریق مواد جریان داشته باشند را درک کنند.
Zwierline می گوید: “این کار مستقیماً به دوام مواد مربوط می شود.” “وقتی فهمیدیم کمترین مقاومت شما از یک گاز چیست ، به ما می گوید که چه اتفاقی می تواند برای الکترونها بیفتد و چگونه می توان مواد را تولید کرد که الکترونها می توانند کاملاً جریان داشته باشند. این هیجان انگیز است. “
این مطالعه در علوم پایه.
این مقاله در ابتدا توسط ScienceAlert. مقاله اصلی را بخوانید اینجا.
[ad_2]
منبع: khabar-mojo.ir