Usædvanlige lydbølger opdaget i kvantevæsker

Almindelige lydbølger - små svingninger i densitet - kan forplante sig gennem alle væsker, får molekylerne i væsken til at komprimere med jævne mellemrum. Nu har fysikere teoretisk vist, at i endimensionelle kvantevæsker ikke én, men to typer lydbølger kan forplante sig. Begge typer bølger bevæger sig med omtrent samme hastighed, men er kombinationer af densitetsbølger og temperaturbølger.

Fysikerne, Konstantin Matveev ved Argonne National Laboratory og Anton Andreev ved University of Washington, Seattle, har udgivet et papir om hybridlydbølger i kvantevæsker i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

"En-dimensionelle væsker har fascinerende kvanteegenskaber, der er blevet undersøgt af fysikere i årtier, "Fortalte Matveev Phys.org . "Ganske overraskende, vi har kunnet vise, at selv et sådant i det væsentlige klassisk fænomen som lyd også er meget usædvanligt i disse væsker. Vores arbejde indebærer, at selv de enkleste klassiske egenskaber ved en væske kan blive stærkt påvirket af dens kvantekarakter. "

Selvom klassiske væsker generelt kun understøtter én type lydbølge (en densitetsbølge), en undtagelse er flydende helium. Som en supervæske, flydende helium kan flyde uden friktion, hvilket giver den mulighed for at flyde op ad siderne af sin beholder, blandt andre usædvanlige ejendomme. I modsætning til klassiske væsker, superfluid helium understøtter to typer lydbølger - en densitetsbølge og en temperaturbølge - som formerer sig med forskellige hastigheder.

Som fysikerne forklarer, på nogle måder ligner endimensionelle kvantefluider væsker som superfluid da begge væsker understøtter to typer lydbølger. På andre måder, imidlertid, de er ganske forskellige:i stedet for at den ene lydbølge er en densitetsbølge og den anden lydbølge er en temperaturbølge, de to lydbølger kombinerer hver især egenskaber ved både densitet og temperaturbølger. Denne hybride karakter af lydbølger i endimensionale kvantevæsker er anderledes end lydbølgernes natur i enhver anden væske, herunder flydende helium. Ud over, forskerne viste, at de to hybridlydbølger formerer sig ved næsten lige store hastigheder, med forskellen i hastighed afhængigt af temperaturen.

I fremtiden, fysikerne forventer, at disse hybridlydbølger eksperimentelt kan demonstreres i lange kvantetråde eller atomfælder, hvor der vides at eksistere endimensionelle kvantevæsker.

© 2018 Phys.org