В света на обикновените материали от ежедневието топлината има тенденция да се разпространява от локален източник. Ако пуснете горящ въглен в тенджера с вода, температурата на течността бавно ще се повиши, преди накрая топлината да се разсее. Но светът е пълен с редки, екзотични материали, които не играят точно по тези топлинни правила.

Вместо да се разпространяват, както бихме очаквали, тези свръхфлуидни квантови газове „разпръскват“ топлината от една страна на друга - по същество тя се разпространява като вълна. Учените наричат това поведение на материала „втори звук“ (първият е обикновеният звук чрез вълна на плътността). Въпреки че това явление е наблюдавано и преди, то никога не е било изобразявано. Наскоро учени от Масачузетския технологичен институт най-накрая успяха да уловят това движение на чиста топлина, като разработиха нов метод на термография (известен още като топлинно картографиране).

Резултатите от това изследване са публикувани в списание Science, а в прессъобщение на университета, в което се подчертава постижението, доцентът от Масачузетския технологичен институт и съавтор Ричард Флечър продължава аналогията с врящото гърне, за да опише присъщата странност на „втория звук“ в тези екзотични свръхфлуиди.

„Това е все едно да имате резервоар с вода и половината от него да е почти вряла“, казва Флечър. „Ако след това наблюдавате, самата вода може да изглежда напълно спокойна, но изведнъж другата страна е гореща, а след това другата страна е гореща и топлината се движи напред-назад, докато водата изглежда напълно спокойна.“

Тези свръхфлуиди се създават, когато облак от атоми е подложен на свръхстудени температури, близки до абсолютната нула (-459.67 °F). В това рядко състояние атомите се държат по различен начин, тъй като създават флуид, който по същество няма триене. В това състояние без триене топлината според теорията се разпространява като вълна.

„Вторият звук е отличителният белег на свръхфлуидността, но в свръхстудените газове досега можехте да го видите само в това слабо отражение на пулсациите на плътността, които вървят заедно с него“, казва водещият автор Мартин Цвирлайн в изявление за пресата. „Характерът на топлинната вълна не можеше да бъде доказан преди.“

За да уловят най-накрая този втори звук в действие, Цвирлайн и екипът му трябваше да мислят извън обичайната термична кутия, тъй като има голям проблем при проследяването на топлината на свръхстуден обект - той не излъчва обичайното инфрачервено лъчение. Така че учените от MIT разработиха начин да използват радиочестоти за проследяване на определени субатомни частици, известни като „литиеви-6-фермиони“, които могат да бъдат уловени чрез различни честоти в зависимост от тяхната температура (т.е. по-топлите температури означават по-високи честоти и обратно). Тази нова техника позволи на изследователите да се насочат към „по-горещите“ честоти (които все още са много студени) и да проследят получената втора вълна във времето.

Това може да изглежда като голямо „и какво от това?“. В края на краищата кога за последен път сте имали близка среща със свръхфлуиден квантов газ? Но попитайте някой физик или астроном, и ще получите съвсем различен отговор.

Макар че екзотичните свръхфлуиди (все още) не могат да запълнят живота ни, разбирането на свойствата на движението на втората вълна би могло да помогне при решаването на въпроси, свързани с високотемпературните свръхпроводници (отново при много ниски температури) или с обърканата физика, която е в основата на неутронните звезди.

Снимка: Unsplash/MIT

Виж още: По-голямата батерия в iPhone 17 Pro Max означава по-дебел профил на телефона