Frøer og svampe bobler op i kvantevæsker

Kvantevæsker kan blandes på meget mærkelige måder, ifølge nye computersimuleringer af eksotiske tilstande af stof kendt som Bose-Einstein-kondensater (BEC'er).

Langt ude i fremtiden, BEC'er kan muliggøre nye typer ultrahurtige computere. Men for nu, forskere forsøger blot at forstå den grundlæggende fysik i, hvordan de fungerer.

Det er, hvad en gæsteforsker fra Ohio State University ved Institut for Fysik, Kui-Tian Xi, og hans kolleger gjorde, da de brugte en supercomputer til at simulere, hvad der ville ske, hvis nogen blandede to magnetisk polariserede BEC'er.

Snapshots fra simuleringerne, offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang A , ligner blækklattest, der kan fortolkes på en række forskellige måder. Mens den ene væske trængte op gennem den anden, Xi så først klatterne danne en skildpadde (dvs. et mønster med seks fingerlignende former, der lignede et hoved, hale og fire ben, ligner en skildpadde), derefter en frø (bagben akimbo) og til sidst en eksplosion af svampeformer.

Det var måske ikke lige, hvad han forventede, men Xi sagde, at han ikke var så overrasket, enten.

"For at være ærlig, Jeg forventede, at jeg kunne se nogle interessante dynamiske egenskaber. Men da jeg først så skildpadden, Jeg troede, at jeg måske havde beregnet parametrene for simuleringen forkert, " sagde han. "Så indså jeg, at der måske var en form for ustabilitet ved væskernes grænseflade, ligesom dem af klassiske væsker."

Bose Einstein-kondensater er gasser lavet af atomer, der er så kolde, al deres bevægelse stopper næsten. Som den indiske fysiker Satyendra Nath Bose og Albert Einstein forudsagde i 1920'erne - og eksperimenter til sidst beviste i 1990'erne - viser BEC'er mærkelige egenskaber, fordi alle atomerne indtager den samme kvantetilstand.

Som sådan, BEC'er er supervæsker. De formodes at være friktionsfri, så de skal flyde sammen med nul viskositet. Endnu, når Xi justerede parametrene for simuleringen, såsom styrken af ​​de magnetiske interaktioner, de to væsker blandede sig, som om den ene var mere tyktflydende end den anden - sådan som tyktflydende varm voks bobler gennem mindre tyktflydende vand inde i en lavalampe.

Xi og hans kolleger, inklusive Hiroki Saito, studieleder og professor i ingeniørvidenskab ved University of Electro-Communications i Japan, mener, at simuleringerne giver spor til fænomener, som fysikere har set i egentlige eksperimenter. Under visse omstændigheder, BEC'er ser ud til at opføre sig som normalt stof.

I særdeleshed, Xi peger på nylige numeriske simuleringer ved Newcastle University, hvor en anden superfluid, flydende helium, dannede bølger af turbulens, da den flød hen over den ru overflade af en ledning.

Årsagen til den mærkelige simulerede BEC-adfærd mangler at blive set, men Xi sagde, at den nuværende teknologi ville gøre det muligt for eksperimentelle fysikere at udføre eksperimentet for alvor. Som teoretiker, selvom, han vil fokusere på de mulige implikationer af en stigende forbindelse mellem opførsel af kvantevæsker og klassiske væsker.