Как почувствовать квантовую физику на ощупь: удивительное открытие ученых

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Сверхтекучий гелий — это одна из самых универсальных и интересных квантовых систем в лаборатории. Это жидкость, которая при очень низких температурах (менее 2,17 Кельвина) теряет вязкость и сопротивление и может течь без трения. Сверхтекучий гелий обладает множеством необычных свойств, таких как квантовая вихревая динамика, квантовая турбулентность, квантовая эвапорация и др. Сверхтекучий гелий часто используется для моделирования различных явлений в физике частиц, космологии и квантовой информатики.

Автор: Bing image creator

Но как бы ощущался сверхтекучий гелий, если бы в него можно было окунуть руку? Недавно ученые из Ланкастерского университета в Великобритании провели новый эксперимент, который позволяет ответить на этот вопрос. Они провели эксперимент, в котором измеряли теплопроводность сверхтекучего гелия при разных температурах и энергиях. Для этого они использовали специальный контейнер с тонкими стенками из меди, которые нагревались электрическим током. Затем они подавали на стенки короткие импульсы тока разной амплитуды и измеряли изменение температуры жидкости.

Ученые обнаружили, что при очень низких температурах и энергиях сверхтекучий гелий имеет двумерный термомеханический характер. Это означает, что его объемное состояние ведет себя как вакуум и не реагирует на механические возмущения, а тепло переносится по поверхности контейнера в двумерной подсистеме. Если бы можно было вставить руку в такой сверхтекучий гелий, то она не почувствовала бы никакого сопротивления или давления, а только слабое охлаждение от поверхностного слоя жидкости.

Однако при более высоких температурах и энергиях сверхтекучий гелий переходит в трехмерный режим, в котором он начинает реагировать на механические возмущения и переносить тепло по всему объему. В этом случае рука почувствовала бы сильное сопротивление и давление от жидкости, а также интенсивное охлаждение от всего объема.

Автор: Bing image creator

Это открытие не только дает новый взгляд на тактильный опыт квантовой физики, но и переопределяет наше понимание структуры сверхтекучего гелия. Ученые предполагают, что двумерный характер сверхтекучего гелия связан с тем, что при очень низких температурах и энергиях квантовые вихри, которые образуются в жидкости, становятся плоскими и располагаются параллельно поверхности контейнера. Это приводит к тому, что объемная часть жидкости становится однородной и неактивной, а поверхностная часть становится неоднородной и активной. При более высоких температурах и энергиях квантовые вихри становятся трехмерными и распределены по всему объему жидкости, что приводит к трехмерному характеру сверхтекучего гелия.

10 комментариев

Добавить комментарий

Ruby_Rougarou
Кратко — сверхтекучая жидкость, ощущается только разницей температур, и только на границе соприкосновения сред, то есть только верхний слой. В объеме — не ощущается никак
a
У нас на лекциях показывали, что происходит с цветком, который засунули в обычный жидкий азот. Потом роза достается, и разбивается о стол, как обычное стекло. Подозреваю, что если сунуть руку в жидкий гелий, то эффект проявится еще быстрее.
Ruby_Rougarou
Поэтому де факто руку никто и не окунал
a
То бишь британские ученые опять оправдывают свое название.
Ruby_Rougarou
То есть они описали то, как она ощущается. Если бы ученые действительно окунали незащищенные руки в жидкий азот, их бы называли фриками, а не учеными
a
Если капнуть жидким азотом на руку, и капля сразу сползет — особых проблем нет. Ощущение, как куском льда провели по руке. А задержится капля — будет очень плохо заживающий ожог. Это на лекциях и лабах по теплофизике во всех университетах делают (разумеется, с соблюдением правил безопасности).
Ruby_Rougarou
Тут же вопрос не в капле, а в объеме жидкости. С другой стороны конечно если он двухмерный, то в глубине он не должен обморозить руку, а только в верхнем слое
a
Что значит «двумерный» если это нормальная жидкость в сосуде? Это тип возбуждений в жидкости.
Когда-то Ландау некоторые несознательные товарищи ругали за двухжидкостную модель — «это же одна жидкость, что он себе позволяет», а у него в модели два разных и невзаимодействующих типа возмущений.
D
Так борадавки удаляют житким азотом. Эт не больно.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему проект белорусского электрокара тихо закрыли (и при чём тут Китай)

Несколько лет нам обещали доступный белорусский электромобиль: по выставкам возили концепты Академии наук, а в финале показали электрический кроссовер Belgee EX50. Но громкая история закончилась...

Правда ли, что акулы старше деревьев? Почему в этом известном факте есть подвох на 200 миллионов лет

Утверждение о том, что акулы живут на Земле дольше деревьев, часто встречается в научно-популярных статьях и передачах о природе. История акул действительно насчитывает сотни миллионов лет, и они...

Ровесник Большого взрыва: в центре Млечного Пути нашли звездное скопление возрастом 13,4 миллиарда лет

Один из главных вопросов современной астрофизики — как именно и когда сформировалась наша Галактика, Млечный Путь. Согласно физическим моделям, сборка любой крупной галактики начинается...

Почему водители останавливаются после поворота, хотя основной светофор разрешал проезд, и правильно ли они поступают

На регулируемых перекрёстках нередко складывается ситуация, когда разрешающий сигнал основного светофора позволяет выполнить поворот направо, а сразу после поворота располагается пешеходный...

Почему на советском ЗИЛ-157 водитель специально спускал колёса прямо во время движения

Представьте, что тяжёлый грузовик едет по грунтовой дороге, впереди глубокая грязь или рыхлый снег. Казалось бы, перед таким участком нужно проверить, хорошо ли накачаны колёса. Но...

Сколько весит выдох планеты: метаболизм всех людей на Земле производит 2 миллиарда тонн CO₂ в год

Жизнедеятельность человека непрерывно связана с выработкой углекислого газа. С каждым вдохом в легкие поступает кислород, который разносится кровью по тканям и участвует в расщеплении питательных...