Naukowcy odtwarzają dźwięk z serca gwiazdy neutronowej za pomocą gazu atomów w pudełku światła

Naukowcy odtwarzają dźwięk z serca gwiazdy neutronowej za pomocą gazu atomów w pudełku światła


Dźwięk z wnętrza gwiazdy neutronowej został odtworzony przez naukowców.

Naukowcy z MIT słuchali fal dźwiękowych przechodzących przez „doskonały płyn”. Dla fizyków oznacza to płyn, który płynie z najmniejszym tarciem, na jakie pozwalają prawa mechaniki kwantowej.

Takie płyny są rzadkie w przyrodzie, ale uważa się, że występują w sercu gwiazd neutronowych – gęstych gromadach materii, które są pozostałościami po supernowej, która eksploduje.

Naukowcy zastosowali niezwykłą metodę odtworzenia cieczy, ponieważ zamiast tego użyli gazu. Badacze wysłali fale dźwiękowe przez gaz złożony z 6 atomów litu – cząstek elementarnych znanych jako fermiony – i stale zwiększali wysokość dźwięku podczas jego odtwarzania.

Następnie naukowcy zmierzyli jego „dyfuzję dźwięku” – to, jak szybko dźwięk rozprasza się w gazie – która odnosi się bezpośrednio do lepkości materiału za pomocą szeregu laserów.

„Trudno jest słuchać gwiazdy neutronowej” – mówi Martin Zwierlein, profesor fizyki Thomasa A. Francka na MIT. „Ale teraz możesz naśladować to w laboratorium przy użyciu atomów, wstrząsnąć tą atomową zupą i posłuchać jej, i dowiedzieć się, jak zabrzmi gwiazda neutronowa”.

Lasery zostały skonfigurowane tak, aby tworzyły optyczną skrzynkę wokół gazu, więc kiedy cząsteczki zderzały się z laserem, odbijały się z powrotem do pudełka; wewnątrz pojemnika fermium odbijało się od siebie przy każdym spotkaniu, zamieniając je w płyn.

Fermiony są zdefiniowane przez ich spin półcałkowity, który pozwala strukturom atomowym być tak wszechstronnymi, a więc są uważane za budulec materii.

„Musieliśmy zrobić płyn o jednakowej gęstości i dopiero wtedy mogliśmy pukać w jedną stronę, słuchać drugiej strony i uczyć się z niej” – wspomina Zwierlein. „Naprawdę trudno było dostać się do miejsca, w którym mogliśmy wykorzystać dźwięk w ten pozornie naturalny sposób”.

Co zaskakujące, odkryli, że dyfuzja była tak niska, że ​​rezonowała na poziomie kwantowym, co oznacza, że ​​zachowywała się jak doskonały płyn i może być podstawą do zrozumienia innych, bardziej skomplikowanych przepływów, takich jak gwiazdy neutronowe.

„Jakość rezonansów mówi mi o lepkości płynu lub dyfuzyjności dźwięku” – wyjaśnia Zwierlein. „Jeśli płyn ma niską lepkość, może wytworzyć bardzo silną falę dźwiękową i być bardzo głośny, jeśli zostanie uderzony z odpowiednią częstotliwością. Jeśli jest to bardzo lepki płyn, to nie ma dobrych rezonansów ”.

Można go również użyć do modelowania lepkości plazmy we wczesnym Wszechświecie, zmieniając jasność świateł, aby zmienić dźwiękopodobne wibracje w płynie.

Dźwięki są właściwie słyszalne, powiedział Zwierlein, ale tylko „gdybyś mógł przybliżyć ucho bez rozrywania go przez grawitację”.

Oprócz wykorzystania wyników do przewidywania tarcia kwantowego w materii dziwnej, wyniki mogą być również pomocne w zrozumieniu, w jaki sposób niektóre materiały mogą odtwarzać doskonały przepływ nadprzewodzący.

„Ta praca wiąże się bezpośrednio z odpornością materiałów” – mówi Zwierlein. „Ustalenie, jaki jest najniższy opór gazu, jaki można mieć, mówi nam, co może się stać z elektronami w materiałach i jak można tworzyć materiały, w których elektrony mogłyby przepływać w doskonały sposób. To ekscytujące."



Source link