ของความบังเอิญและสแน็ปช็อต

ในปี 2549 นักศึกษาปริญญาโทสาขาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ได้ปลุกฝันให้กลายเป็นความจริงโดยไม่รู้ตัว Gregory Bewley ซึ่งย้ายมาจากห้องทดลองที่ Yale กำลังทำวิทยานิพนธ์ว่าของเหลว เช่น มหาสมุทร บรรยากาศ และแกนหลอมเหลวของโลกประสบความปั่นป่วนในขณะที่หมุนไปพร้อมกับโลกได้อย่างไร การทดลองของเขาเกี่ยวข้องกับการหมุนทรงกระบอกขนาดเท่าสเก็ตบอร์ดและดูว่าฮีเลียมเหลวไหลเข้าไปภายในอย่างไร

ด้วยความผิดหวังที่อนุภาคตามรอยที่เขาซื้อไม่ได้จะลอยได้ 

เขาจึงสร้างเทคนิคใหม่ในการแช่แข็งไฮโดรเจน ซึ่งเป็นองค์ประกอบเดียวที่เบากว่าฮีเลียม ให้กลายเป็นหมอกของอนุภาคน้ำแข็ง เขาโปรยอนุภาคไฮโดรเจนเหมือนหิมะลงบนฮีเลียม พวกเขาลอย

เพื่อนร่วมงานสองคน นักฟิสิกส์ที่คิดเกี่ยวกับพลวัตของความปั่นป่วนของควอนตัมตั้งแต่สมัยของไฟน์แมน ได้รับเทคนิคใหม่นี้ พวกเขากระตุ้น Bewley และที่ปรึกษาของเขา Dan Lathrop จาก Maryland ให้ลองการทดลองแบบเดียวกัน แต่ด้วยฮีเลียมที่เย็นกว่ามากที่อุณหภูมิ 2 องศาเซลเซียสเหนือศูนย์สัมบูรณ์

ในช่วงดึกของห้องปฏิบัติการ Bewley ฉายแสงเลเซอร์ลงบนของเหลวที่เย็นจัดด้วยหิมะไฮโดรเจน เขาตกใจเมื่อเห็นกระแสน้ำวนของไฟน์แมนปรากฏขึ้นและชนกัน ไม่กี่วันต่อมา เขาและที่ปรึกษาของเขาได้บันทึกเทปงานเต้นรำทั้งหมดไว้ โดยเผยแพร่เทคนิคและการสังเกตใหม่ๆ ในNatureในปี 2006 นักฟิสิกส์รีบกลับมาที่ปัญหาของกระแสน้ำวนควอนตัมเมื่อพวกเขาดูหนังจากห้องทดลองของ Lathrop พวกเขาต้องการดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อพลังงานหมดไป

บนแล็ปท็อปของเขาในสำนักงานในรัฐแมรี่แลนด์ Lathrop เล่นภาพยนตร์ของของเหลวควอนตัม พลังงานถูกเพิ่มอย่างต่อเนื่อง คราวนี้โดยเครื่องทำความร้อนแทนการหมุน จุดและเส้นสีขาวพลิ้วไหวบนฉากหลังสีดำ ราวกับว่าดวงดาวบนท้องฟ้ายามค่ำคืนล่องลอยไปตามลำธาร แต่แล้วของเหลวก็ถูกตัดออกจากแหล่งความร้อนอย่างกะทันหัน การเต้นรำเร็วขึ้นจนคลั่ง: 

เส้นชนกัน เส้นหลุดไป จากนั้นทุกอย่างก็สงบลงอีกครั้ง

นักฟิสิกส์ Carlo Barenghi จากมหาวิทยาลัยนิวคาสเซิลในอังกฤษกล่าวว่าความสงบนั้นเกิดขึ้นเร็วเกินไป ใช้เวลาประมาณ 10 วินาทีเพื่อให้ของเหลวที่ปั่นป่วนเงียบลง ลูกตุ้มที่ปล่อยจากที่สูงจะเคลื่อนไปมา ไปมาก่อนที่จะแกว่งตัวไปพัก มันช้าลงเนื่องจากแรงเสียดทานที่สร้างขึ้นเมื่อผ่านโมเลกุลของอากาศ แต่ฮีเลียมเหลวนั้นไม่มีแรงเสียดทานโดยพื้นฐาน ดังนั้นพลังงานที่เพิ่มเข้ามาควรใช้เวลาสักครู่ในการสลายตัว

การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แนะนำวิธีแก้ปัญหาของปริศนา: การเชื่อมต่อ vortices อีกครั้งสามารถกำจัดพลังงานได้อย่างรวดเร็วโดยเพิ่มการโยกเยกของตัวเอง Barenghi ได้แนะนำในเอกสารล่าสุดหลายฉบับ หลังจากเส้นกระแสน้ำวนแยกออกจากกันอย่างรวดเร็ว พวกมันสามารถกระตุกและกระดิกและสร้างสิ่งที่เรียกว่า “คลื่นเคลวิน” หากเส้นหยักเหล่านี้วนเป็นเส้น ก็สามารถเรียงต่อกันเป็นวงแหวนที่เล็กกว่าได้ ทุกครั้งที่วงแหวนมีขนาดเล็กลง ควรมีการปล่อยอนุภาคเสียงที่เรียกว่า phonons ออกมา Barenghi กล่าว ยังไม่มีใครฟังเสียงปิงของโฟนอนที่มาจากของเหลวควอนตัม คดีจึงยังไม่ปิด

ฮีเลียม superfluid หมุนวนนำเสนอปริศนาอื่นๆ ในปี 2008 Lathrop นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Matthew Paoletti และเพื่อนร่วมงานรายงานในPhysical Review Lettersว่ากระแสน้ำวนควอนตัมจำนวนมากกวาดไปรอบๆ ด้วยความเร็วสูงกว่าที่คาดไว้สำหรับความปั่นป่วนแบบคลาสสิก ซึ่งเป็นจังหวะที่อาจอธิบายได้ด้วยการเชื่อมต่อใหม่ Lathrop ยังต้องการคำอธิบายสำหรับเส้นใยที่สังเกตพบในของเหลวที่ดูเหมือนเส้นที่มีจุดเว้นระยะเท่ากัน นั่นคือสร้อยคอมุกควอนตัมที่คาดเดาไม่ได้

จากการศึกษาความปั่นป่วนในของเหลวควอนตัมอื่น ๆ เช่นสถานะของสสารคล้ายก๊าซเย็นจัดที่เรียกว่าคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ นักวิทยาศาสตร์อาจได้ภาพที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของความปั่นป่วนของควอนตัมและตอบคำถามที่ยังค้างอยู่

กระแสน้ำวนในคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์อาจมองเห็นได้ง่ายกว่าในฮีเลียม เนื่องจากเส้นสปาเก็ตตี้อาจมีความหนามากกว่าเกลียวในฮีเลียมเหลวมากกว่าพันเท่า นอกจากนี้ บอลลูนคอนเดนเสทจะมีขนาดถึง 40 เท่าเมื่อปล่อยให้ขยายตัวได้อย่างอิสระ และเพิ่มกำลังกระแสน้ำวน Jamil Abo-Shaeer กล่าว Abo-Shaeer ซึ่งปัจจุบันทำงานกับหน่วยงานวิจัยด้านการป้องกันประเทศ DARPA ในเมืองอาร์ลิงตัน รัฐเวอร์จิเนีย เป็นสมาชิกของทีม MIT ที่พบกระแสน้ำวนในคอนเดนเสทเป็นครั้งแรกในปี 2544 Abo-Shaeer ได้กล่าวว่าข้อดีอีกประการหนึ่งของการศึกษาความปั่นป่วนในก๊าซเย็นจัดนี้ คือมันง่ายที่จะทำให้อะตอมเกือบทั้งหมดทำงานพร้อม ๆ กัน ในบางกรณี แม้ในซุปเปอร์ฟลูอิดฮีเลียมที่ถูกทำให้เย็นลงจนอยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์ ไม่ใช่อะตอมทั้งหมดที่ต้องการมีส่วนร่วม

แม้ว่ากระแสน้ำวนควอนตัมจะพบเห็นในคอนเดนเสทแล้ว แต่ทีมหนึ่งรายงานว่าเห็น vortices พันกันครั้งแรกในปี 2009 ในPhysical Review Letters Vanderlei Bagnato จากมหาวิทยาลัยเซาเปาโลในบราซิลผู้เขียนร่วมในหนังสือพิมพ์ฉบับนี้คิดว่าการแกว่งไปมาแบบปั่นป่วนแบบเดียวกับที่ดูเหมือนจะกระจายพลังงานในซุปเปอร์ฟลูอิดฮีเลียมอาจทำเช่นนี้ในคอนเดนเสทของ Bose-Einstein เช่นกัน

แนะนำ : รีวิวเครื่องใช้ไฟฟ้า | รีวิวอาหารญี่ปุ่น| รีวิวที่เที่ยว | ดาราเอวี