[ad_1]

برای بعضی ها ممکن است صدای “یک جریان کامل” صدای پاشیدن ملایم یک جریان جنگلی یا شاید پچ پچ آب ریخته شده از پارچ باشد. از نظر فیزیكدانان ، جریان كامل خاص تر است و به مایعی اطلاق می شود كه با كمترین اصطكاك یا گرانروی مجاز توسط قوانین مكانیك كوانتوم جریان داشته باشد. چنین رفتاری کاملاً مایع در طبیعت نادر است ، اما تصور می شود که در هسته ستاره های نوترونی و در پلاسمای نرم جهان اولیه رخ دهد.

اکنون فیزیکدانان MIT مایعات کاملی را در آزمایشگاه ایجاد کرده و به امواج صوتی که از آن عبور می کنند گوش می دهند. این ضبط محصول یک گلایساندو از امواج صوتی است که تیم از طریق یک گاز دقیق کنترل شده از ذرات بنیادی معروف به فرمیون می فرستد. ارتفاعات قابل شنیدن فرکانس های خاصی است که در آن گاز مانند یک رشته پاره شده طنین انداز می شود.

محققان هزاران موج صوتی را که از طریق این گاز در حال حرکت هستند ، تجزیه و تحلیل کرده اند تا “انتشار صدا” یا سرعت پخش شدن صدا در گاز را اندازه گیری کنند که این امر مستقیماً با ویسکوزیته ماده یا اصطکاک داخلی ارتباط دارد.

با کمال تعجب ، آنها دریافتند که انتشار صدا در مایع به قدری کم است که می توان آن را با مقدار اصطکاک “کوانتومی” داده شده توسط یک ثابت طبیعی معروف به ثابت پلانک و جرم فرمیون های منفرد در مایع توصیف کرد.

این مقدار اساسی تأیید می کند که گاز فرمیون بسیار متقابل مانند یک مایع کامل رفتار می کند و ماهیتی جهانی دارد. نتایج امروز در ژورنال منتشر شده است علوم پایه، برای اولین بار نشان می دهد که دانشمندان توانسته اند انتشار صدا را به یک مایع کامل اندازه گیری کنند.

دانشمندان اکنون می توانند از مایع به عنوان مدلی برای جریانهای کامل و پیچیده دیگر برای تخمین ویسکوزیته پلاسما در اوایل جهان و همچنین اصطکاک کوانتوم در ستاره های نوترونی استفاده کنند ، خصوصیاتی که در غیر اینصورت محاسبه آنها غیرممکن است. دانشمندان حتی ممکن است بتوانند صداهای تقریبی تولید شده آنها را پیش بینی کنند.

مارتین زویرلین ، استاد فیزیک در موسسه فناوری توماس آ. فرانک گفت: “گوش دادن به یک ستاره نوترونی بسیار 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 به نظر می رسد.”

در حالی که ستاره نوترونی و گاز تیم به طور قابل توجهی در اندازه و سرعت حرکت صدا متفاوت هستند ، از برخی محاسبات تقریبی Zwierline محاسبه کرد که فرکانس های تشدید ستاره مشابه گاز است و حتی شنیده می شود – “اگر شما می توانید به گوش خود نزدیک شوید بدون اینکه گرانش پاره شوید. “

Zwierlein نویسنده اصلی Parth Patel ، Zhenjie Yan ، Biswaroop Mukherjee ، Richard Fletcher و Julian Struck از مرکز اتمهای فوق سرد MIT-Harvard است.

لمس کنید ، گوش دهید ، یاد بگیرید

برای ایجاد مایع کامل در آزمایشگاه ، تیم Zwierlein از فرمیون های بسیار متقابل گاز تولید می کند – ذرات بنیادی مانند الکترون ها ، پروتون ها و نوترون ها که عناصر سازنده همه مواد در نظر گرفته می شوند. فرمیون با چرخش نیمه هدف تعریف می شود ، خاصیتی که مانع از پذیرش چرخش همان فرمیون با فرمیون دیگر می شود. این طبیعت استثنایی همان چیزی است که اجازه می دهد تنوع ساختارهای اتمی موجود در جدول تناوبی عناصر وجود داشته باشد.

زوایرلین گفت: “اگر الکترون ها فرمیون نبودند ، اما آنها از بودن در یک حالت خوشحال بودند ، هیدروژن ، هلیم و همه اتم ها و خود ما نیز مانند یک سوپ وحشتناک و کسل کننده به یک شکل به نظر می رسیدیم.”

فرمیون به طور طبیعی ترجیح می دهد جدا از یکدیگر نگه داشته شود. اما وقتی برای تعامل شدید ساخته شوند ، می توانند مانند یک مایع کامل با گرانروی بسیار کم رفتار کنند. برای ایجاد چنین سیال کاملی ، محققان ابتدا از یک سیستم لیزر برای گرفتن گاز از اتمهای لیتیوم -6 که فرمیون محسوب می شوند ، استفاده کردند.

محققان دقیقاً لیزرها را پیکربندی کردند تا یک جعبه نوری در اطراف گاز فرمیون تشکیل دهد. لیزرها به گونه ای تنظیم شده اند که هر بار فرمیون ها به لبه های جعبه برخورد می کنند ، دوباره به داخل گاز برمی گردند. همچنین ، فعل و انفعالات بین فرمیون ها به اندازه مجاز مکانیک کوانتوم کنترل می شد ، بنابراین در داخل جعبه فرمیون ها باید در هر جلسه با یکدیگر برخورد کنند. این باعث شد فرمیون ها به یک مایع کامل تبدیل شوند.

Zwierline گفت: “ما باید مایعی با چگالی برابر درست کنیم و فقط در این صورت است که می توانیم به یک طرف ضربه بزنیم ، به طرف دیگر گوش دهیم و از آن درس بگیریم.” “در واقع ، رسیدن به این مکان که می توانستیم از صدا به این روش به ظاهر طبیعی استفاده کنیم بسیار دشوار بود.”

“جریان به روشی کامل”

این تیم سپس امواج صوتی را از طریق یک طرف جعبه نوری ارسال کرد و به راحتی روشنایی یکی از دیواره ها را تغییر داد تا ارتعاشات صوتی را از طریق مایع در فرکانس های خاص ایجاد کند. آنها با هیجان زده شدن هر موج صوتی هزاران عکس فوری از مایع را ضبط می کنند.

Zwierline می گوید: “همه این عکسهای فوری با هم یک سونوگرافی به ما می دهند و این کمی شبیه کاری است که وقتی سونوگرافی در مطب پزشک انجام می شود.”

در نهایت ، آنها توانستند نوسانات چگالی سیال را در پاسخ به هر نوع موج صوتی مشاهده کنند. آنها سپس به دنبال فرکانس های صوتی بودند که باعث ایجاد طنین یا صدای تقویت شده در مایع می شود ، شبیه آواز یک لیوان شراب و یافتن فرکانس شکسته شدن آن.

Zwierline توضیح می دهد: “کیفیت تشدید ها در مورد ویسکوزیته مایع یا انتشار 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 از داده های خود ، تشدیدهای واضح را از طریق مایع مشاهده کردند ، به ویژه در فرکانس های پایین. از توزیع این تشدیدها ، آنها پخش صدا از مایع را محاسبه می کنند. آنها دریافتند که این مقدار نیز می تواند خیلی ساده توسط ثابت پلانک و جرم فرمیون متوسط ​​موجود در گاز محاسبه شود.

این به محققان گفت که این گاز از نظر ماهیت مایع كامل و اساسی است: انتشار صدا و در نتیجه گرانروی آن در پایین ترین حد ممكن است كه توسط مكانیك كوانتوم تعیین شده است.

زویرلین می گوید علاوه بر استفاده از نتایج برای تخمین اصطکاک کوانتوم در مواد عجیب و غریب تر ، مانند ستاره های نوترونی ، نتایج می تواند در درک چگونگی ساخت برخی مواد برای نمایش شار عالی و ابررسانا مفید باشد.

Zwierline می گوید: “این کار مستقیماً به پایداری 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 تا حدی توسط بنیاد ملی علوم و مرکز اتمهای فوق العاده سرد NSF ، سرویس تحقیقات نیروی هوایی ، دفتر تحقیقات دریایی و بنیاد دیوید و لوسیل پاكارد پشتیبانی شد.

[ad_2]

منبع: packge-news.ir

ایندکسر