Ved næsten den koldeste mulige temperatur - kviksølv (ved hjælp af flydende helium) - danner en tilstand kaldet superledningsevne. Indtil nu…
Når det tages til inden for et par grader af absolut nul på Kelvin-skalaen (minus 273 Celsius eller minus 460 Fahrenheit), forvandles flydende helium-4 til den bemærkelsesværdige overfladetilstand. Det hvirvler, det krøller, og det er mangel på krop har forvirret forskere i næsten et århundrede. Nu har et team ledet af en fysiker fra University of Washington, der bruger den mest kraftfulde supercomputer til rådighed for åben videnskab, kogt op et teoretisk billede, der forklarer superfluids realtidsadfærd. Hvem er den ansvarlige part her? Prøv subatomære partikler kaldet fermioner.
Femioner er i vid udstrækning en del af den naturlige ligning som elektroner, protoner og neutroner ... ligesom superfluider er en del af neutronstjerner. Roterende mellem en og 1.000 gange i sekundet fungerer neutronstjerner - eller pulsarer - overflødig overflade meget anderledes end dens modstykke her på Jorden. Når hastigheden øges, danner den en række små hvirvler, der grupperes i et trekantet mønster ... som igen danner en fletning i den overfladiske struktur. ”Når du når den rigtige hastighed, opretter du en hvirvel i midten,” sagde Bulgac. ”Og når du øger hastigheden, øger du antallet af hvirvler. Men det forekommer altid i trin. ”
Kan videnskab genskabe det? Ja. Laboratoriemodeller, der anvender et vakuumkammer og en laserstråle til at skabe et højintensivt elektrisk felt, har formået at køle en lille prøve, måske 1 million atomer, til temperaturer i nærheden af absolut nul. Derefter anvendes en "laserske" til at omrøre superfluiden hurtigt nok til at skabe virvler.
"I forsøget på at forstå den ulige adfærd har forskere forsøgt at udtænke beskrivende ligninger, som dem, de muligvis kan bruge til at beskrive den hvirvlende handling i en kop kaffe, når den omrøres." Bulgac sagde. ”Men for at beskrive handlingen i en overfladisk væske lavet af fermioner er der behov for et næsten ubegrænset antal ligninger. Hver beskriver, hvad der sker, hvis der kun ændres en variabel - såsom hastighed, temperatur eller densitet -. Fordi variablerne er knyttet, vil en ændre andre også. ”
En af de største udfordringer i formuleringen af en matematisk hypotese er mængden af computerkraft, det ville tage at arbejde gennem et problem med et antal variabler, der nåede op til en billion eller mere. Så hvordan gjorde de det? Holdet brugte JaguarPF-computeren på Oak Ridge National Laboratory i Tennessee, en af de største supercomputere i verden, svarende til 70 millioner timer, hvilket ville kræve næsten 8.000 år på en enkelt-kerne personlig computer (JaguarPF har næsten en fjerdedel -million kerner). Bare prøv at køle det!
"Dette fortæller dig kompleksiteten af disse beregninger, og hvor svært dette er," sagde Bulgac. For at gøre tingene endnu mere komplekse, jo hurtigere omrøres det overflødige væske, at det mister sine egenskaber - men ikke så hurtigt som antaget. ”Arbejdet betyder, at forskere kan" til en vis grad "studere egenskaberne ved en neutronstjerne ved hjælp af computersimuleringer.” Bulgac sagde. . ”Det åbner også nye forskningsretninger inden for koldatomfysik.”
Og mere hjemmearbejde fra vores side.
Original historiekilde: University of Washington.
