สมบัติทางเสียงของก๊าซเฟอร์มิออนเย็นมากได้รับการวัดที่ด้านใดด้านหนึ่งของอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของไหลยิ่งยวดในการทดลองที่ได้รับการอธิบายว่า “ใกล้สมบูรณ์แบบ” และ “สวยงาม” ผลลัพธ์อาจมีนัยสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจทุกอย่างตั้งแต่ตัวนำยิ่งยวดไปจนถึงผลพวงของบิ๊กแบง สภาวะของเหลวยิ่งยวดเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำมากเมื่อโบซอน เช่น ฮีเลียม-4 ก่อตัวเป็นสถานะพื้นดิน
ควอนตัมขนาดใหญ่เพียงสถานะเดียว
นอกจากจะสามารถไหลได้อย่างไม่มีกำหนดโดยไม่สูญเสียพลังงานจลน์แล้ว ซุปเปอร์ฟลูอิดยังสามารถปีนขึ้นเนินเหนือสิ่งกีดขวางเพื่อให้ได้พลังงานขั้นต่ำอีกด้วย เฟอร์มิออนบางชนิด เช่น ฮีเลียม-3 สามารถสร้างซูเปอร์ฟลูอิดได้ด้วยการจับคู่ก่อนเพื่อสร้างโบซอน
ในฮีเลียม-3 ปฏิกิริยาระหว่างอะตอมค่อนข้างอ่อนแอ อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยารุนแรงกับก๊าซ Fermi ซึ่งเส้นทางอิสระเฉลี่ยของอนุภาคนั้นยาวกว่าระยะห่างระหว่างพวกมันแทบจะไม่สามารถกลายเป็นซุปเปอร์ฟลูอิดได้ ระบบเหล่านี้แสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดจากซุปเปอร์ฟลูอิดฮีเลียม-3 และไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีมาตรฐานของของไหลยิ่งยวดที่พัฒนาโดยนักฟิสิกส์โซเวียตและผู้ได้รับรางวัลโนเบล เลฟ แลนเดา
มีประโยชน์มากแม้จะมีปฏิกิริยารุนแรง ซุปเปอร์ฟลูอิดเหล่านี้มีความหนืดต่ำกว่าฮีเลียม-3 “กระบวนทัศน์ของ Landau ไม่ได้ผล” Martin Zwierleinจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์กล่าว อย่างไรก็ตาม การหาทฤษฎีที่ทำได้อาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่งเพราะปฏิกิริยากับก๊าซ Fermi อย่างรุนแรงนั้นแพร่หลายในฟิสิกส์ “ยกตัวอย่างเช่นตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งอิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างมาก” Zwierlein อธิบาย “ความต้านทานของวัสดุเหล่านี้เป็นเรื่องยากมากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะคำนวณในทางทฤษฎี เราไม่เข้าใจวัสดุเหล่านี้”
วิธีหนึ่งในการตรวจสอบวัสดุที่ไม่คุ้นเคย Zwierlein
อธิบายคือการแตะและฟังคลื่นเสียงที่เกิดขึ้น “น่าตลกที่สิ่งนี้ยังไม่เสร็จสิ้น” เขากล่าว “เพราะว่าเป็นเวลา 25 ปีแล้วที่เราใช้กับดักเลเซอร์แบบโฟกัสที่คว้าอะตอมไว้ ทำให้เกิดซุปที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีความหนาแน่นสูงตรงกลางและมีความหนาแน่นต่ำที่ขอบ – มันไม่ดีสำหรับการทดลองแบบนี้”
ในการวิจัยครั้งใหม่ Zwierlein และเพื่อนร่วมงานได้สร้าง “กล่องดักจับ” โดยใช้ลำแสงเลเซอร์สามอัน “เราสร้างแสงโดยคร่าวๆ ให้เป็นรูปกระป๋องโค้ก และเนื่องจากแสงนี้น่ารังเกียจ เมื่อใดก็ตามที่อะตอมชนกำแพง พวกมันจะกระเด้งกลับเข้าไปในกล่อง” เขากล่าว
ขั้นแรก นักวิจัยได้วัดความเร็วที่คลื่นเสียงต่างๆ แพร่กระจายผ่านก๊าซทั้งในระบบปกติและของไหลยิ่งยวดโดยการปรับความเข้มของเลเซอร์ดักจับตัวใดตัวหนึ่ง พวกเขาพบว่าเสียงเดินทางด้วยความเร็วใกล้เคียงกันและมีการกระจายตัวเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงสถานะของวัสดุ การวัดช่วยให้พวกเขาสามารถทำนายความเร็วของเสียงในดาวนิวตรอน ซึ่งเชื่อกันว่าประกอบด้วยก๊าซเฟอร์มีที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรง แม้ว่าจะมีความหนาแน่นสูงกว่าระดับ 25 ก็ตาม
“ปริมาณแรงเสียดทานควอนตัม”ขั้นต่อไป นักวิจัยได้วัดการแพร่ของวัสดุหรือว่าวัสดุนั้นดูดซับคลื่นเสียงได้ดีเพียงใด ปริมาณนี้ ซึ่งไม่เคยมีการวัดมาก่อนในก๊าซ Fermi ที่มีปฏิกิริยารุนแรง ให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับวัสดุดังกล่าว: “การแพร่เสียงโดยรวมมีองค์ประกอบสองส่วน” Zwierlein อธิบาย “ความหนืดและการนำความร้อน” เป็นอีกครั้งที่นักวิจัยพบว่าไม่มีความไม่ต่อเนื่องอย่างมากในการกระจายเสียงที่การเปลี่ยนแปลงของไหลยิ่งยวด
แต่กลับถึงระดับต่ำสุดที่อนุญาต: “แม้แต่ในซุปเปอร์ฟลูอิด
คุณยังคงมีจำนวนแรงเสียดทานควอนตัม” ซวีร์ไลน์กล่าว “นั่น เป็นสิ่งที่ฉันไม่คิดว่าแม้แต่ผู้เชี่ยวชาญในสาขาของฉันจะรับรู้” ทีมงานกำลังตั้งเป้าที่จะวัดค่าการนำความร้อนของวัสดุโดยตรง รวมถึงการมองหาปรากฏการณ์แปลกประหลาดที่เรียกว่า “เสียงที่สอง” ซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะในระยะซุปเปอร์ฟลูอิดเท่านั้น ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขาคาดการณ์ว่าผลลัพธ์ของพวกเขาอาจให้พื้นดินที่อุดมสมบูรณ์ ไม่เพียงแต่สำหรับผู้ที่ศึกษาตัวนำยิ่งยวดและดาวนิวตรอนที่มีอุณหภูมิสูงเท่านั้น แต่สำหรับนักจักรวาลวิทยาด้วย นี่เป็นเพราะเสี้ยววินาทีหลังจากบิ๊กแบง คาดว่าจักรวาลประกอบด้วยพลาสมาควาร์ก-กลูออนที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบอย่างแรง: “ปรากฎว่าผู้คนทำนายการแพร่ระบาดที่คล้ายกันมากกับสิ่งที่เรามี ถ้าคุณแทนที่มวลที่เรามีด้วยพลังงาน ในพลาสมาของควาร์ก-กลูออน” Zwierlein กล่าว
วิธีการตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงโดยใช้ซุปเปอร์ฟลูอิดฮีเลียมJoseph Thywissenจากมหาวิทยาลัยโตรอนโตในแคนาดาชื่นชมการทดลองคุณภาพสูง: “เป็นสถานที่ที่สามารถทดสอบนวัตกรรมใหม่ในทางทฤษฎีได้” เขากล่าว “คุณไม่สามารถซ่อนอยู่เบื้องหลังการทดลองที่ยุ่งเหยิงหรือความไม่สมบูรณ์ได้ เนื่องจาก การทดลองใกล้จะสมบูรณ์แบบแล้ว… คุณต้องได้ตัวเลขที่ถูกต้องหากทฤษฎีของคุณถูกต้อง”
John Thomasจาก North Carolina State University เห็นด้วย โดยเสริมว่า “การทดลองใหม่เกี่ยวกับการกระจายเสียงนั้นสวยงามมาก” กลุ่มของ Thomas เองได้วัดความหนืดที่ลดลงเหลือศูนย์ต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของ superfluid โดยใช้เทคนิคอื่น ซึ่งไม่สอดคล้องกับ Zwierlein และผลลัพธ์ของเพื่อนร่วมงาน “มีหลายประเด็นที่แตกต่างกันในเรื่องนี้ที่ทำให้ไม่ชัดเจนว่าใครถูกและเกิดอะไรขึ้น” เขากล่าว: “มันไม่ใช่ปัญหาเล็กน้อย”
ซุปเปอร์โบลต์ (Superbolts) ซึ่งเป็นรูปแบบสายฟ้าที่หายากและรุนแรงที่สุด สามารถสว่างกว่าวาบฟ้าผ่าทั่วไปถึงพันเท่าและมีกลไกการก่อตัวที่ชัดเจน จากการศึกษาใหม่ในสหรัฐอเมริกา งานวิจัยล่าสุดนี้ยังช่วยให้ทราบถึงความพยายามด้านความปลอดภัยฟ้าผ่าอีกด้วย
มีรายงาน Superbolts เป็นครั้งแรกในปี 1977 หลังจากการสังเกตการณ์ของกลุ่มดาวบริวารของ Project Vela ซึ่งเป็นโครงการของสหรัฐฯ ในการตรวจสอบการระเบิดของนิวเคลียร์ทั่วโลก Vela ตรวจพบแสงวาบที่รุนแรงกว่าฟ้าผ่าทั่วไปอย่างน้อย 100 เท่า และกินเวลาประมาณ 1 มิลลิวินาที ซุปเปอร์โบลต์ถูกพบเห็นได้ทั่วโลก แม้ว่าจะพบเห็นบ่อยขึ้นในแถบแปซิฟิกเหนือในบริเวณที่มีการหมุนเวียนอย่างรุนแรงและร่วมกับพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง
Credit : aquilaadalberti.net arranjosdecosturatetyana.com arsdual.net asdcrecords.net attritionconsortium.com
