Fisikawan MIT menciptakan cairan sempurna dan menangkap suaranya – dengarkan di sini

Para ilmuwan telah menangkap istilah “cairan sempurna” yang mengalir pada gesekan terendah menurut hukum mekanika kuantum. Kredit: Christine Daniloff, MIT

Hasilnya akan membantu para ilmuwan mempelajari viskositas antara bintang neutron Plasma Alam semesta pertama dan cairan lain yang sangat berinteraksi.

Bagi beberapa orang, istilah “aliran sempurna” mungkin merujuk pada aliran lembut sungai hutan atau menuangkan air ke dalam kendi. Bagi fisikawan, aliran sempurna mengacu pada aliran fluida yang lebih tepat dengan gesekan atau kondensasi paling sedikit yang diperbolehkan menurut hukum mekanika kuantum. Perilaku fluida sempurna semacam itu jarang terjadi di alam, tetapi diperkirakan terjadi di inti bintang neutron dan plasma sup alam semesta awal.

Sekarang Dengan Fisikawan telah menciptakan cairan sempurna di laboratorium dan menemukan bahwa bentuknya seperti ini:

Salah satu gelombang suara rekaman ini adalah produk Glisandor yang dikirim tim melalui gas yang dikontrol dengan cermat yang dikenal sebagai partikel elementer yang disebut submin. Pitch yang dapat didengar adalah frekuensi spesifik di mana gas beresonansi seperti tali yang ditarik.

Para peneliti telah melakukan perjalanan ribuan gelombang suara melalui gas ini untuk mengukur “amplifikasi suara” nya, atau bagaimana suara larut dalam gas, yang secara langsung berkaitan dengan viskositas atau gesekan internal suatu material.

Anehnya, mereka menemukan bahwa amplitudo suara cairan sangat rendah sehingga jumlah “kuantum” dapat dijelaskan oleh gesekan yang diberikan oleh konstanta yang bersifat konstanta yang dikenal sebagai konstanta Planck dan bahwa cairan tersebut memiliki massa fermion individual.

Nilai fundamental ini menegaskan bahwa fermin gas yang berinteraksi kuat berperilaku sebagai cairan sempurna dan bersifat universal. Hasilnya, dipublikasikan di jurnal Today Ilmu, Menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa para ilmuwan mampu mengukur amplifikasi suara dalam cairan yang sempurna.

Para ilmuwan sekarang dapat menggunakan gesekan kuantum antara lebih banyak bintang neutron untuk memperkirakan konsentrasi plasma alam semesta primordial – sifat yang tidak mungkin dihitung, menggunakan cairan sebagai model untuk aliran lain yang lebih kompleks dan sempurna. Ilmuwan bahkan mungkin dapat memprediksi suara yang mereka buat.

“Cukup sulit untuk didengar Bintang neutron“Tapi sekarang Anda bisa menggandakannya di laboratorium menggunakan atom, mengocok sup atom dan mendengarkannya serta mempelajari bagaimana bintang neutron bermain,” kata Martin Zuirline, seorang profesor Frank di Thomas di MIT.

Ukuran dan bentuk bintang neutron dan gas pada kelompok tersebut sangat berbeda dari kecepatan perpindahan suara. .

Rekan penulis Juerlin adalah Perth Patel, penulis utama MIT-Harvard Center for UltraCrold Atoms, Zhenji Ian, Vishwaroop Mukherjee, Richard Fletcher dan Julian Strook.

Ketuk, dengarkan, pelajari

Untuk membuat cairan sempurna di lab, tim Xuerlin sangat mempertimbangkan fermion yang saling berhubungan – partikel elementer seperti elektron, proton, dan neutron sebagai bahan penyusun semua materi. Fermion didefinisikan oleh spin setengah bilangan bulatnya, sebuah properti yang mencegah fermion menahan spin yang sama dengan fermion terdekat lainnya. Sifat eksklusif ini memungkinkan keragaman struktur atom yang ditemukan dalam tabel unsur periodik.

“Jika elektron tidak berkecambah, mereka akan senang berada dalam keadaan yang sama, hidrogen, helium, dan semua atom, dan kita akan melihat diri kita sebagai sup yang mengerikan dan mengganggu,” kata Juierline.

Fermins secara alami suka saling menjauh. Tetapi ketika mereka dibuat untuk berinteraksi dengan kuat, mereka dapat bertindak sebagai cairan sempurna dengan viskositas yang sangat rendah. Untuk membuat cairan yang begitu sempurna, pertama-tama peneliti menggunakan sistem laser untuk menjebak gas dari atom lithium-6, yang dianggap fermion.

Para peneliti secara tepat mengkonfigurasi laser untuk membentuk kotak optik di sekitar gas fermium. Laser disetel sedemikian rupa sehingga setiap kali feri menabrak tepi kotak, mereka kembali masuk ke dalam gas. Juga, interaksi antara fermion yang disetujui oleh Mekanika Kuartum dikendalikan sehingga di dalam kotak, fermion harus bertabrakan satu sama lain pada setiap waktu yang dihadapi. Ini telah mengubah feri menjadi cairan yang sempurna.

“Kami harus membuat cairan dengan konsentrasi yang seragam, dan baru setelah itu kami dapat mengetuk satu sisi, mendengarkan sisi lainnya, dan belajar darinya,” kata Juierline. “Kita dapat menggunakan istilah tersebut dengan cara yang tampak alami untuk mencapai tempat yang sebenarnya sangat berbeda.”

“Mengalir dengan Sempurna”

Tim kemudian mentransmisikan gelombang suara ke satu sisi kotak optik melalui kecerahan salah satu dinding, untuk menghasilkan getaran seperti suara melalui cairan pada frekuensi tertentu. Mereka merekam ribuan foto cairan saat setiap gelombang suara menyebar.

“Semua foto ini bersama-sama memberi kami sonogram, dan itu seperti yang terjadi saat kami membawa ultrasound ke kantor dokter,” kata Zuirline.

Pada akhirnya, mereka dapat melihat riak massa jenis cairan sebagai respons terhadap setiap jenis gelombang suara. Mereka kemudian mencari frekuensi suara yang membuat suara resonansi dalam cairan mirip dengan nyanyian di gelas yang diminum dan jumlah yang pecah.

“Sifat resonansi memberitahu saya tentang viskositas atau keunikan cairan.” Jika fluida memiliki viskositas rendah, ia dapat menghasilkan gelombang suara yang sangat kuat dan menjadi sangat keras, jika dipukul pada frekuensi yang tepat. Jika itu adalah cairan yang sangat kental Ya, tapi tidak beresonansi dengan baik. “

Dari data mereka, para peneliti telah mengamati resonansi yang jelas melalui cairan, terutama pada frekuensi pendek. Dari distribusi resonansi ini, mereka menghitung amplitudo suara dari cairan. Mereka menemukan bahwa nilai ini dapat dengan mudah dihitung dengan konstanta Planck dan massa fermion rata-rata gas.

Ini memberi tahu para peneliti bahwa gas itu adalah cairan sempurna dan fundamental di alam: amplitudo suaranya, dan viskositasnya berada dalam batas minimum yang ditentukan oleh mekanika kuantum.

Xuerline mengatakan bahwa menggunakan hasil untuk memperkirakan gesekan kuantum pada materi yang lebih eksternal, seperti bintang neutron, dapat membantu memahami bagaimana materi tertentu dapat dibuat untuk menunjukkan aliran supernatural yang sempurna.

“Pekerjaan ini menghubungkan langsung ke resistansi material,” kata Juierline. “Mencari tahu apa hambatan minimum Anda terhadap gas memberi tahu kami apa yang dapat terjadi pada elektron dalam material, dan bagaimana membuat material di mana elektron dapat mengalir dengan sempurna. Ini menyenangkan. “

Referensi: Perth B. Patel, Zhenji Ian, Vishwaroop Mukherjee, Richard J. Fletcher, Julian Strook dan Martin W. Zwierline, “Desember 2020,” Ekspansi Kebisingan Universal yang Kuat di Fermi Gas. ” Ilmu.
DOI: 10.1126 / Science. Hari ini 5756

Penelitian ini sebagian didukung oleh National Science Foundation dan NSF Center for Ultracolid Atoms, Kantor Riset Ilmiah Angkatan Udara, Kantor Riset Angkatan Laut, dan David and Lucille Packard Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skrining sinar-X mengidentifikasi obat yang menjanjikan untuk pengobatan COVID-19

Sebuah tim peneliti, termasuk ilmuwan MPSD, telah mengidentifikasi beberapa kandidat untuk melawan obat tersebut SARS-CoV-2 coronavirus menggunakan sumber cahaya sinar-X PETRA III di German...

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.