Теперь вы можете слушать звук «идеальной» жидкости

Физики впервые измерили, как звуковые волны проходят через объект, наиболее близкий к «идеальной» жидкости, идеальный случай, когда жидкость определяется только ее плотностью и давлением. Это могло бы помочь исследователям изучать и лучше понимать экстремальные условия, такие как недра нейтронных звезд и первые несколько долей секунды после Большого взрыва.

Теперь вы можете слушать звук «идеальной» жидкости

Вы можете думать о жидкости только как о жидкости, но жидкость — это любое вещество, которое соответствует своему контейнеру (исследование того, являются ли кошки жидкостью, получило Шнобелевскую премию в 2017 году), включая газы и плазму. Все три жидких состояния испытывают трение в своих слоях; чем больше трение, тем гуще или более вязкая жидкость.

Сообщая в Science, команда из Массачусетского технологического института создала идеальную жидкость, используя ферми-газ. Это особое состояние вещества, в котором каждый составляющий элемент — фермионы, особый класс частиц, включающий электроны, протоны и нейтроны. Фермионы не любят взаимодействовать друг с другом из-за законов квантовой механики, но их можно заставить взаимодействовать.

Когда это происходит, получаемая жидкость имеет очень низкую вязкость или наименьшее трение, что является одним из решающих шагов на пути к тому, что в физике известно как идеальная жидкость. Команда использовала сильно взаимодействующие фермионные атомы и создала оптический ящик, улавливающий газ, с помощью лазеров. Если атом переместится к одной из сторон ящика, свет от лазера отразит его обратно.

Чтобы создать звуковые волны, команда просто меняла яркость одной из сторон коробки. Это генерировало механические волны в газе, похожие на звук. Они записали тысячи таких снимков, что позволило им понять, какие звуковые волны распространяются лучше всего, резонансные частоты.

«Все эти снимки вместе дают нам сонограмму, и это немного похоже на то, что делается при проведении ультразвукового исследования в кабинете врача», — сказал в своем заявлении старший автор исследования профессор Мартин Цвиерлайн.

«Качество резонансов говорит мне о вязкости жидкости или диффузии звука. Если жидкость имеет низкую вязкость, она может создавать очень сильную звуковую волну и быть очень громкой, если попадать с правильной частотой. Если это очень вязкая жидкость, то у нее нет хороших резонансов ».

Распределение резонансных частот дает им возможность рассчитать распространение звука в жидкости. Здесь все стало очень интересно. Такое же значение находится с использованием массы отдельных атомов и постоянной Планка, одной из фундаментальных физических констант, имеющих решающее значение для квантовой механики. Свойства жидкости зависели только от ограничений, налагаемых квантовой механикой. Этот газ был идеальной жидкостью, насколько это возможно.

«Эта работа напрямую связана с сопротивлением материалов», — добавил Цвиерлайн. «Выяснение наименьшего сопротивления газа, которое вы могли бы иметь, говорит нам о том, что может случиться с электронами в материалах, и как можно создавать материалы, в которых электроны могут течь идеальным образом. Это интересно «.

Воспроизведение звука — это, безусловно, нечто: немного старой научной фантастики и немного похоже на будильник. И это определенно требует полного объяснения, чтобы его оценили.