Фізики вперше зареєстрували звукові хвилі, що виникають в ідеальній рідині. Це може допомогти дослідникам вивчати екстремальні умови, такі як занадто щільні надра нейтронних зірок і поведінку кварк-глюонного плазмового «супу», який заповнив Всесвіт відразу після Великого вибуху.
Будь-яка речовина, яка здатна приймати форму посудини, в якій вона знаходиться, може вважатися рідиною (навіть газ і плазма). У 2017 році французький вчений Марк Антуан Фардін отримав Шнобелівську премію з фізики за дослідження того, чи може кішка вважатися рідиною.
Всі три рідких стани відчувають тертя у своїх шарах; чим більше тертя, тим в’язкіша рідина.
У дослідженні, опублікованому в журналі Science, вчені створили ідеальну рідину, використовуючи фермі-газ. Фермі-газ – особливий стан речовини, в якому частинки мають малу масу і високу концентрацію. Кварк-глюонна плазма і занадто щільні нейтронні зірки – це теж фермі-газ.
- Названі 7 доступних продуктів, які позитивно впливають на травлення
- Тиск всередині протона виявилося вдесятеро більшим, ніж в нейтронній зірці
Ферміони (частки) майже не взаємодіють один з одним, але їх можна змусити це робити. Коли вони взаємодіють, рідина має вкрай низьку в’язкість з мінімально можливим тертям, що, згідно з квантовою механікою, близько до ідеальної рідини.
Дослідники використовували атоми літію-6, поміщені в трубу. Систему охолодили до температури нижче 500 нанокельвінів (-273,15 градуса за Цельсієм). Газ утримували всередині труби за допомогою лазерів: якщо атом переміщався до одного з відкритих кінців, світло лазера його відбивало.
Щоб створити звукові хвилі, вчені змінювали яскравість лазерного випромінювання. Залежно від інтенсивності випромінювання через газ проходили вібрації, схожі на різні типи звукових хвиль. Вчені записали їх у вигляді багатьох тисяч зображень – подібно ультразвуковій технології.
Massachusetts Institute of Technology (MIT) · MIT physicists find this is the sound of a perfect fluid
Це дозволило їм виявити в рідині брижі, аналогічні звуковій хвилі. Зокрема, вони шукали акустичні резонанси – посилення звукової хвилі, що виникає, коли частота звукової хвилі збігається з частотою природної вібрації середовища.
Вчені виявили в газі чіткі резонанси – їх розподіл дав можливість розрахувати поширення звуку в отриманій ідеальній рідині. Такий же результат виходить при теоретичному розрахунку, виходячи з маси атомів і Сталої Планка. Це вказує на те, що вчені створили саме ідеальну рідину.
- Щоб стати креативнішим, достатньо подрімати
- Вчені: Рослинна їжа може провокувати стійкість організму до антибіотиків
Стан матерії всередині нейтронних зірок близький до ідеальної рідини. Тепер за допомогою створеної моделі дослідники спробують оцінити коефіцієнт дифузії при поширенні хвиль усередині нейтронних зірок, що, в свою чергу, могло б допомогти розумінню механізму утворення гравітаційних хвиль, що генеруються при злитті нейтронних зірок.
Натхнення: www.popmech.ru