Επιστήμονες απεικονίζουν για πρώτη φορά τον «δεύτερο ήχο» στα κβαντικά αέρια

Στον κόσμο των καθημερινών υλικών, η θερμότητα τείνει να εξαπλώνεται από μια τοπική πηγή προς το περιβάλλον της.

Ένα απλό παράδειγμα είναι ένα καυτό κάρβουνο που πέφτει σε μια κατσαρόλα με νερό. Η θερμοκρασία του νερού αρχίζει σταδιακά να αυξάνεται και η θερμότητα διαχέεται σε ολόκληρο το σκεύος. Πρόκειται για μια διαδικασία διάχυσης, η οποία χαρακτηρίζει τα περισσότερα υλικά της καθημερινότητας.

Ωστόσο, στη φύση υπάρχουν και υλικά που δεν ακολουθούν αυτούς τους κανόνες.

Μια σημαντική ανακάλυψη στη φυσική αποκαλύπτει, για πρώτη φορά με οπτικό τρόπο, το φαινόμενο του λεγόμενου «δεύτερου ήχου».

Στα κβαντικά αέρια, η θερμότητα δεν διαχέεται όπως στα συνηθισμένα υλικά, αλλά μεταδίδεται με τη μορφή κύματος, παρόμοια με τον ήχο. Οι επιστήμονες περιγράφουν αυτή τη συμπεριφορά ως «δεύτερο ήχο» του υλικού.

Αν και το φαινόμενο είχε παρατηρηθεί και στο παρελθόν, μέχρι σήμερα δεν είχε καταστεί δυνατή η άμεση απεικόνισή του. Η νέα αυτή εξέλιξη ανοίγει τον δρόμο για βαθύτερη κατανόηση της θερμικής μεταφοράς σε κβαντικά συστήματα.

Επιστήμονες του MIT κατάφεραν να καταγράψουν την εν λόγω κίνηση της θερμότητας μέσω μιας νέας μεθόδου που θα μπορούσαμε να την αποδώσουμε στα ελληνικά ως χαρτογράφηση θερμότητας.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science, ενώ και το πανεπιστήμιο προέβη σε δημοσίευση ενός σχετικού δελτίου τύπου εδώ, με τον καθηγητή Richard Fletcher να συνεχίζει με την αναλογία με το κάρβουνο προκειμένου να μπορέσει να περιγράψει τη δύναμη του δεύτερου ήχου σε αυτά τα superfluids.

Ο καθηγητής χρησιμοποιεί ένα παράδειγμα για να μας δώσει να το καταλάβουμε. Πιο συγκεκριμένα, αναφέρει ότι θα πρέπει να το φανταστούμε σαν να έχουμε ένα δοχείο με νερό και να το ζεστάνουμε το μισό σχεδόν μέχρι το σημείο βρασμού.

Αν το παρατηρήσουμε, το νερό μπορεί να φαίνεται εντελώς ήρεμο, αλλά η μία πλευρά του είναι ζεστή. Και στη συνέχεια γίνεται και η άλλη του πλευρά ζεστή. Δηλαδή, η θερμότητα μεταβαίνει από τη μία πλευρά στην άλλη, ενώ το νερό φαίνεται εντελώς ακίνητο.

Αυτά τα superfluids, όπως καταλήγει, δημιουργούνται όταν ένα νέφος ατόμων υποβάλλεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες που πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν. Σ’ αυτήν τη σπάνια κατάσταση, τα άτομα συμπεριφέρονται διαφορετικά, καθώς δημιουργούν ένα υγρό χωρίς ουσιαστικά τριβή. Μια κατάσταση η οποία έχει θεωρηθεί ότι η θερμότητα σε αυτήν διαδίδεται σαν κύμα.