Físicos capturaram som se movendo em duas velocidades diferentes em gás quântico 3D: WebCuriosos
Depois de estudar previamente os fenômenos de duas ondas sonoras em líquidos quânticos, os cientistas observaram agora o som movendo-se em duas velocidades diferentes em um gás quântico.
Se você estivesse de alguma forma imerso no gás tridimensional usado para este estudo, você ouviria cada som duas vezes: cada som individual transportado por duas ondas sonoras diferentes movendo-se em duas velocidades diferentes.
Este é um desenvolvimento importante no campo da superfluidez – fluidos sem viscosidade que podem fluir sem qualquer perda de energia.
Notavelmente, o comportamento observado no gás em termos de densidades e velocidades correspondeu aos parâmetros estabelecidos por Modelo de dois fluidos de Landauuma teoria desenvolvida para o hélio superfluido na década de 1940. Em grande medida, parece que quando se trata de configurações de gás quântico, as mesmas regras se aplicam.
“Essas observações demonstram todas as principais características da teoria dos dois fluidos para um gás altamente compressível”, escrevem os pesquisadores em seu relatório. artigo publicado.
Diríamos para não tentar fazer isso em casa, mas duvidamos que você consiga: neste experimento, os cientistas resfriaram um gás de átomos de potássio a menos de um milionésimo de grau acima do zero absoluto, prendendo os átomos no vácuo. câmara.
Isso formou parcialmente o que é conhecido como Condensado de Bose-Einsteinonde há tão pouca energia que os átomos mal se movem ou interagem. As interações foram então aumentadas artificialmente para que o gás se tornasse hidrodinâmico – em outras palavras, mais parecido com um fluido.
Mas como o condensado de Bose-Einstein ainda mantinha uma elevada compressibilidade – a mesma do ar – ainda era um gás. Em vez de dois líquidos com propriedades ligeiramente diferentes, a configuração criou um gás condensado e um não condensado em um, capaz de transmitir duas velocidades de som.
“Observamos o primeiro e o segundo som em um gás Bose ultrafrio 3D que interage suficientemente forte para ser hidrodinâmico, mas ainda é altamente compressível,” escrevem os pesquisadores.
“Descobrimos que a teoria dos dois fluidos de Landau captura todas as características essenciais deste sistema, com o primeiro e o segundo modo de som, respectivamente, apresentando predominantemente oscilações do componente normal e do superfluido.”
Líquidos e gases tornam-se quânticos quando começam a exibir propriedades da mecânica quântica – passam a obedecer a um conjunto de leis diferente daquelas que regem a física clássica do Universo.
Neste caso, a natureza quântica do gás explica o par de sons – um é uma onda típica de partículas comprimidas, o outro, flutuações no calor que agem como partículas.
Tudo isso contribui para o nosso conhecimento da hidrodinâmica quântica, essencialmente o estudo de líquidos neste estado quântico.
O reino quântico é difícil de entender, e insights como esse serão úteis para pesquisas e observações futuras.
Como é frequentemente o caso, esta notável primeira vez – a primeira vez que o som foi mostrado movendo-se a duas velocidades diferentes num gás quântico – funcionará como um trampolim para outros tipos de investigação e experiências nos próximos anos.
“O acesso experimental às propriedades microscópicas e hidrodinâmicas oferece uma excelente oportunidade para estudos adicionais de fluidos de Bose. Em particular, seria interessante explorar temperaturas mais baixas,” escrevem os pesquisadores.
A pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.
