اولین تصویر از صوت دوم ثبت شد

ثبت نخستین تصاویر از گرما در یک ابر سیال

نت واش: نخستین تصاویر از گرما که مانند امواج صوتی در یک ابر سیال است توسط دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) به ثبت رسیده است تا برای نخستین بار حرکت خالص گرما در یک گاز کوانتومی فوق سیال تصویر شود.

به گزارش نت واش به نقل از ایسنا، گرما به طور معمول به عنوان چیزی در نظر گرفته می شود که پخش می شود و از بین می رود، اما در بعضی از حالت های عجیب و غریب از ماده می تواند مانند یک موج رفتار کند و مانند صدا به جلو و عقب حرکت نماید.
تجسم امواج گرما در یک ابر سیال
به نقل از آی ای، این پدیده که به «صوت دوم»(second sound) مشهور است، تنها در چند ماده مشاهده شده است. حالا برای نخستین بار، فیزیکدانان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) تصاویر مستقیمی از «صوت دوم» درحال حرکت گرفته اند.
این تصاویر نشان می دهند که چگونه گرما می تواند مانند یک موج، مستقل از ماده فیزیکی حرکت نماید که ممکنست متفاوت حرکت نماید. پژوهشگران از یک ابر سیال که حالتی از ماده است که در آن اتمها بدون اصطکاک در جریان هستند، به عنوان وسیله ای برای تجسم صوت دوم استفاده کردند. آنها دریافتند که گرما و ماده می توانند در مقابل یکدیگر به آرامی حرکت کنند و نوساناتی شبیه امواج صوتی ایجاد کنند.
ریچارد فلچر استادیار فیزیک در MIT و یکی از نویسندگان این مطالعه می گوید: گویی یک مخزن آب دارید و نیمی از آن حدودا به جوش می آید. آن گاه اگر نگاه کنید ممکنست خود آب بطورکامل آرام به نظر برسد، اما ناگهان طرف دیگر داغ می شود و سپس طرف دیگر داغ می شود و گرما به عقب و جلو می رود، در صورتیکه آب ساکن بنظر می رسد.
این مطالعه که در مجله «ساینس»(Science) انتشار یافته است، می تواند به دانشمندان کمک نماید تا چگونگی حرکت گرما در ابرسیال ها و سایر مواد مرتبط مانند ابررساناها و ستاره های نوترونی را درک کنند. این مواد خواص غیرمعمول و شگفت انگیزی مانند مقاومت صفر و رسانایی بی نهایت از خود نشان می دهند که می تواند فناوری ها و کاربردهای جدید را ممکن کنند.
مارتین زویرلین استاد فیزیک در MIT و رهبر این تیم تحقیقاتی می گوید: ارتباطات قدرتمندی بین ابرسیال ما که یک میلیون بار نازک تر از هواست و رفتار الکترون ها در ابررساناهای با دمای بالا و حتی نوترون ها در ستارگان نوترونی فوق چگال وجود دارد. حالا می توانیم واکنش دمایی سیستم خودرا بطور کامل بررسی نماییم که به ما چیزهایی را می آموزد که درک یا حتی دستیابی به آنها بسیار دشوار است.
کمک صوت به درک ابر سیال ها و سایر مواد
پژوهشگران از ابری از اتم های لیتیوم-۶ استفاده کردند که فِرمیون ها هستند. فِرمیون ها نوعی ذره هستند که به طور معمول یکدیگر را دفع می کنند. آنها با سرد کردن اتم ها تا نزدیک به صفر مطلق و اِعمال میدان مغناطیسی، سبب جفت شدن اتم ها و تشکیل یک ابر سیال می شوند. سپس از یک پرتوی لیزر برای ایجاد یک نقطه داغ در ابر سیال و از یک پرتوی لیزر دیگر برای تصویربرداری از امواج گرمایی حاصل استفاده کردند.

پژوهشگران مشاهده نمودند که امواج گرما بصورت متناوب و مشابه با امواج صوتی حرکت می کنند و با امواج ماده خارج از فاز هستند، به این معنا که گرما و ماده در راستای مخالف درحال نوسان هستند. این نشانه صوت دوم است که از صوت معمولی که در آن گرما و ماده با هم حرکت می کنند، متمایز است.
صوت دوم برای نخستین بار توسط فیزیکدانی به نام لازلو تیسا در سال ۱۹۳۸ پیش بینی شد. وی یک مدل دو سیالی برای ابرشارگی پیشنهاد کرد و گفت یک ابر سیال مخلوطی از مقداری مایع معمولی و چسبناک و یک ابر سیال بدون اصطکاک است. این مخلوط از دو سیال باید دو نوع صدا را بوجود آورد، امواج با چگالی معمولی و امواج دمایی عجیب که فیزیکدان دیگری به نام لو لاندو بعداً آنرا «صوت دوم» نامید.

از آنجا که سیال در دمای بحرانی و فوق سرد معینی به یک ابر سیال تبدیل می شود، تیم MIT استدلال کرد که دو نوع سیال نیز باید گرما را متفاوت انتقال دهند. در سیالات معمولی، گرما باید بطور معمول از بین برود، در صورتیکه در یک ابر سیال می تواند بصورت یک موج مشابه با صوت حرکت نماید.
زویرلین می گوید: صوت دوم مشخصه ابرشارگی(ابرسیال بودن) است، اما در گازهای فوق سرد تا حالا فقط می توانستید آنرا در این بازتاب ضعیف از امواج چگالی که همراه با آن هستند، ببینید و خصلت موج گرما تا حالا ثابت نشده بود.
زویرلین و گروهش برای اثبات آن بدنبال جداسازی و مشاهده صوت دوم(حرکت موج مانند گرما) مستقل از حرکت فیزیکی فرمیون ها در ابر سیال خود بودند. آنها این کار را با توسعه یک روش جدید ترموگرافی(یک تکنیک نقشه برداری حرارتی) انجام دادند. در مواد معمولی می توان از سنسورهای فروسرخ برای تصویربرداری از منابع گرما بهره برد.
اما در دماهای فوق سرد، گازها تابش فروسرخ ساطع نمی کنند. این تیم در عوض، روشی را جهت استفاده از فرکانس رادیویی برای مشاهده نحوه حرکت گرما در ابر سیال ایجاد کرد. آنها دریافتند که فرمیون های لیتیوم-۶ بسته به دمایشان در فرکانس های رادیویی مختلف طنین انداز می شوند. وقتی ابر گازی در دمای گرم تری قرار دارد و مایع معمولی بیشتری را حمل می کند، با فرکانس بالاتری طنین انداز می شود. مناطقی در ابر گازی که سردتر هستند با فرکانس کمتری طنین انداز می شوند.
پژوهشگران فرکانس رادیویی طنین بالاتری را به کار بردند که موجب می شود هر فرمیون معمولی و داغ در مایع در پاسخ به صدا درآید. سپس پژوهشگران می توانند فرمیون های تشدید شونده را به صفر برسانند و آنها را در طول زمان ردیابی کنند تا تصاویری ثبت کنند که حرکت خالص گرما را بصورت حرکتی به جلو و عقب و شبیه به امواج صوتی نشان میدهد.
زویرلین می گوید: ما برای نخستین بار می توانیم از این ماده در صورتیکه آنرا در دمای بحرانی ابرسیال سرد می نماییم، عکس بگیریم و بطور مستقیم ببینیم که چگونه از یک سیال معمولی به ابرسیالی که در آن گرما به جلو و عقب حرکت می کند، تغییر می کند.
این آزمایش ها نخستین باری را نشان می دهند که دانشمندان توانسته اند مستقیماً صوت دوم و حرکت خالص گرما را در یک گاز کوانتومی ابر سیال تصویر کنند.
پژوهشگران قصد دارند کار خودرا برای ترسیم دقیق تر رفتار گرما در سایر گازهای فوق سرد گسترش دهند. سپس آنها می گویند یافته هایشان را می توان برای پیش بینی چگونگی جریان گرما در سایر مواد با تعامل قوی، مانند ابررساناهای با دمای بالا و ستاره های نوترونی افزایش داد.

1402/11/23

09:51:56

5.0 / 5

275

تگهای خبر: آب , بحران , فناوری , هوا

این پست نت واش را می پسندید؟

(1)

(0)

تازه ترین مطالب مرتبط

نظرات بینندگان در مورد این مطلب نت واش

نظر شما در مورد این مطلب

نام: