Физики впервые записали звук «идеальной» жидкости
Любое вещество, способное принимать форму сосуда, в котором оно заключено, может считаться жидкостью (даже газ и плазма). В 2017 году французский ученый Марк Антуан Фардин получил Шнобелевскую премию по физике за исследование того, может ли кошка считаться жидкостью.
Все три жидких состояния испытывают трение в своих слоях; чем больше трение, тем вязкость жидкости.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые создали идеальную жидкость, используя ферми-газ. Ферми-газ – особое состояние вещества, в котором частицы имеют малую массу и высокую концентрацию. Кварк-глюонная плазма и сверхплотные нейтронные звезды — это тоже ферми-газ.
Фермионы (частицы) почти не взаимодействуют друг с другом, но их можно заставить это делать. Когда они взаимодействуют, жидкость имеет крайне низкую вязкость с минимально возможным трением, что, согласно квантовой механике, близко к идеальной жидкости.
Исследователи использовали атомы лития-6, помещенные в трубу. Систему охладили до температуры ниже 500 нанокельвинов (-273,15 градусов по Цельсию). Газ удерживали внутри трубы с помощью лазеров: если атом перемещался к одному из открытых концов, свет лазера его отражал.
Чтобы создать звуковые волны, ученые меняли яркость лазерного излучения. В зависимости от интенсивности излучения через газ проходили вибрации, похожие на различные типы звуковых волн. Ученые записали их в виде многих тысяч изображений – подобно ультразвуковой технологии.
Это позволило им обнаружить в жидкости рябь, аналогичную звуковой волне. В частности, они искали акустические резонансы – усиление звуковой волны, возникающее, когда частота звуковой волны совпадает с частотой естественной вибрации среды.
Ученые обнаружили в газе четкие резонансы – их распределение дало возможность рассчитать распространение звука в полученной идеальной жидкости. Такой же результат получается при теоретическом расчете, исходя из массы атомов и постоянной Планка. Это указывает на то, что ученые создали именно идеальную жидкость.
Состояние материи внутри нейтронных звезд близко к идеальной жидкости. Теперь с помощью созданной модели исследователи попытаются оценить коэффициент диффузии при распространении волн внутри нейтронных звезд, что, в свою очередь, могло бы помочь пониманию механизма образования гравитационных волн, генерируемых при слиянии нейтронных звезд.
Вы можете прямо сейчас послушать эти звуки