En ny vej til at forstå anden lyd i Bose-Einstein-kondensater

Der er to lydhastigheder i et Bose-Einstein-kondensat. Ud over den normale lydudbredelse er der anden lyd, hvilket er et kvantefænomen. Forskere i Ludwig Matheys gruppe fra University of Hamburg har fremsat en ny teori om dette fænomen.

Når du hopper i en sø og holder hovedet under vand, alt lyder anderledes. Bortset fra de forskellige fysiologiske reaktioner af vores ører i luft og vand, dette stammer fra den forskellige lydudbredelse i vand i forhold til luft. Lyd bevæger sig hurtigere i vand, tjekker ind ved 1493 m/s, på en behagelig sommerdag på 25 ° C. Andre væsker har deres egen lydhastighed, som alkohol med 1144 m/s, og helium, hvis du går til en nedkøling -269 ° C for dens flydende tilstand, med 180 m/s.

Disse væsker kaldes klassiske væsker, eksempler på en af ​​materiens primære tilstande. Men hvis vi afkøler det helium et par grader mere, der sker noget dramatisk, det bliver til en kvantevæske. Denne makroskopiske visning af kvantemekanik er en superfluid, en væske, der flyder uden friktion.

Så hvad hører du, hvis du træffer den uheldige beslutning at stikke hovedet i denne væske? Overraskende nok, du vil høre den samme lyd to gange. Ud over den normale lyd af en væske er der fænomenet anden lyd, der stammer fra denne væskes kvantetype. Hvis nogen siger noget til dig, mens du er nedsænket i superflydende helium, du vil høre det som første lyd først, og derefter få en ny chance for at lytte, når den kommer som anden lyd, omend stærkt dæmpet. Til superflydende helium, anden lyd er en del langsommere end første lyd, med 25 m/s vs. 250 m/s, mellem 1 og 2 Kelvin.

Mens den konventionelle teori om anden lyd har været vellykket for superflydende helium, fremkomsten af ​​Bose-Einstein-kondensater af ultrakølede atomer har givet nye udfordringer. Et team af forskere ledet af Ludwig Mathey fra University of Hamburg har fremlagt en ny teori, der fanger anden lyd i disse kvantevæsker, for nylig udgivet i Fysisk gennemgang A .

"Til superflydende helium, anden lyd er langsommere end første lyd, "forklarer medforfatter Vijay Singh, "men vi var forbløffet over at opdage, at dette ikke nødvendigvis er sandt, at den anden puls kan være hurtigere. "En ny teoretisk tilgang var nødvendig for at fange dette. Moderne problemer kræver moderne løsninger, som de siger.

"Vi generaliserede Feynman -vejen integreret for at udvide teorien om superfluider, "beskriver hovedforfatter Ilias Seifie det konceptuelle fremskridt. Mens stien er integreret, genialt undfanget af Richard Feynman, formulerer kvantemekanik som en sum over baner, disse baner selv er klassiske. "Vi har ændret, hvordan disse baner ser ud," fortsætter Seifie, "i vores stiintegral indeholder de oplysninger om kvanteudsving." Forestil dig en poolnudel, der strækker sig fra A til B som en fattig mands visualisering af en bane, der går ind i Feynman -stens integral. Nudlets tværsnit er mere eller mindre rundt med en konstant diameter langs dens længde. Men i den nye vej integreret, formen på tværsnittet kan variere, det kan have elliptiske former, forestil dig at klemme poolnudlen sammen. Passende, fysikere omtaler disse kvantemekaniske tilstande som pressede tilstande.

"Denne fremgangsmåde er bredt anvendelig, "forklarer Ludwig Mathey, "den kan anvendes på enhver metode, der er baseret på stiintegraler." Ja, mange fænomener i grænsefladen mellem kvante og klassisk fysik kan forestilles at blive bedre forstået med denne tilgang. Man kan bare presse lidt mere indsigt ud af naturen med disse nye rammer.