التقط الفيزيائيون صورًا لـ “الصوت الثاني” للحرارة. ماذا؟

اكتشف الفيزيائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الصوت الثاني للسوائل الفائقة. وإلى جانب كونها متجانسة بشكل ممتع، فإن هذه الظاهرة قد تفسر كيفية انتقال الحرارة عبر بعض المواد النادرة على الأرض وفي أعماق الفضاء.

المائع الفائق هو حالة من المادة تتدفق دون احتكاك. ويحدث هذا عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، حيث تقل حركة الذرات بشكل كبير. في بعض المواد – بما في ذلك السوائل الفائقة مثل الغاز الكمومي لذرات الليثيوم، الذي استخدمه الفريق الحديث – تنتشر الحرارة مثل الموجة بدلاً من الانتشار.

قال ريتشارد فليتشر، الفيزيائي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف المشارك للدراسة، في مقالة له: “يبدو الأمر كما لو كان لديك خزان من الماء وجعل نصفه يغلي تقريبًا”. الافراج عن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. “إذا شاهدت بعد ذلك، فقد يبدو الماء نفسه هادئًا تمامًا، ولكن فجأة يصبح الجانب الآخر ساخنًا، ومن ثم يصبح الجانب الآخر ساخنًا، وتتحرك الحرارة ذهابًا وإيابًا، بينما يبدو الماء ساكنًا تمامًا.”

اقترح الفيزيائي الأمريكي المجري لازلو تيسا -من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أيضًا- في عام 1938 أن السوائل الفائقة تحتوي في الواقع على سوائل عادية أيضًا. في هذا الخليط، موجات الكثافة هي “الصوت الأول” والحركة الشبيهة بالموجة لدرجة الحرارة هي “الصوت الثاني”.

في مثل هذه درجات الحرارة شديدة البرودة، لا ينبعث أي إشعاع تحت الحمراء للإشارة إلى حركة الحرارة. وبدلاً من ذلك شهد الباحثون حركة الحرارة على ترددات الراديو. كلما ارتفعت درجات حرارة الذرات، زاد التردد الذي ستتردد فيه.

“لأول مرة، يمكننا التقاط صور لهذه المادة أثناء تبريدها خلال درجة الحرارة الحرجة للسيولة الفائقة، ونرى مباشرة كيف تتحول من كونها سائلًا عاديًا، حيث تتوازن الحرارة بشكل ممل، إلى سائل فائق حيث تتحرك الحرارة ذهابًا وإيابًا قال مارتن زويرلين، عالم الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الذي قاد البحث الجديد.

وأضاف زويرلاين أن سائلهم الفائق – وهو عبارة عن مجموعة من فرميونات الليثيوم فائقة التبريد – كان أرق بمليون مرة من الهواء. ومن خلال متابعة حركة الحرارة عبر الفرميونات بناءً على رنينها، لاحظ الفريق الحركة الشبيهة بالموجة – الصوت الثاني – لأول مرة. النتائج هي نشرت في مجلة العلوم.

يعتقد الفريق أن فحصهم لتدفق الحرارة في الليثيوم يمكن استخدامه لتحديد تدفق الحرارة في الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية، أو حتى في النجوم النيوترونية، وهي بقايا النجوم العادية المتموجة شديدة الكثافة. النجم النيوتروني يُعتقد أن التصميمات الداخلية تتكون من من السوائل الكمومية المتفاعلة، وقد وضع بعض الفيزيائيين نظرية لها قد تكون مصادر للمادة المظلمة الأكسيونية.

مهما كانت الفيزياء الغريبة التي لم يتم حلها بعد في قلب النجوم، فإن الفهم الأفضل لحركة الحرارة من خلال المواد منخفضة المقاومة يمكن أن يحسن قدرة المهندسين على بناء الموصلات الفائقة في درجة حرارة الغرفةوهو هدف متبجح لأبحاث الطاقة.

أكثر: البحث عن المادة الأكثر مراوغة في الفيزياء