محققان: صدا در گازهای سه بعدی کوانتومی با دو سرعت حرکت می‌کند

محققان به تازگی دریافته‌اند که صوت در گازهای کوانتومی با دو سرعت متفاوت حرکت می‌کند. به عبارت دیگر، اگر زمانی در گازهای سه بعدی مورد استفاده توسط دانشمندان قرار گرفتید، هر صدا را دو بار می‌شنوید، چون هر صدا توسط دو موج صوتی حمل می‌شود که با سرعت‌های متفاوت حرکت می‌کنند. اهمیت اصلی این مسئله به بحث ابرشارگی برمی‌گردد که در آن مواد مایع بدون گران‌روی حرکت می‌کنند، یعنی هدررفت انرژی ندارند.

دانشمندان در مطالعه‌ای که اخیرا در مجله Physical Review Letters منتشر شده، فهمیده‌اند که همه خصوصیات کلیدی نظریه دو مایع در خصوص گازهای شدیدا فشرده هم صادق است. محققان برای انجام این آزمایش اتم‌های گازی پتاسیم را تا مقدار یک میلیونم درجه بالای صفر مطلق سرد کردند تا آن‌ها را درون یک مخزن خلاء به دام بیندازند.

با این کار حالتی به وجود آمد که تحت عنوان «چگالش بوز-اینشتین» شناخته می‌شود. در این حالت، مقدار انرژی آن قدر کم است که اتم‌ها به ندرت تکان می‌خورند و با یکدیگر تعامل برقرار می‌کنند. با این حال، تعاملات بین آن‌ها به‌صورت مصنوعی افزایش می‌یابد تا گاز هیدرودینامیک یا به عبارت دیگر مایع‌تر شود.

محیط کوانتوم خروجی کار را تغییر داد

تلاش دانشمندان به جای ایجاد دو مایع با خصوصیات نسبتا متفاوت، یک گاز فشرده و یک گاز غیرفشرده را به وجود آورد که قادر به حمل صوت با دو سرعت هستند. محققان در این مقاله نوشته‌اند: «ما دریافتیم که نظریه دو مایع لاندائو در همه خصوصیات اساسی این سیستم دیده می‌شود و حالت صوتی اول و دوم به ترتیب دارای قابلیت نوسان عادی و یک جزء ابرشار هستند.»

مواد مایع و گاز زمانی کوانتوم می‌شوند که از خود ویژگی‌های مبتنی بر مکانیک کوانتوم نشان دهند. در این مورد، ماهیت کوانتومی توضیح می‌دهد که در این دو نوع صدا، یکی همان ذرات فشرده موج‌های معمولی و دیگری نوسان‌هایی در گرما هستند که شبیه ذرات عمل می‌کنند.

در نتیجه، این مطالعه به ما کمک می‌کند تا اطلاعات بیشتری درباره هیدرودینامیک کوانتومی داشته باشیم، همان حوزه‌ای که به بررسی مایعات در وضعیت کوانتومی می‌پردازد.