Superbrændstoffer kan fusionere via proptrækker

Forskere ved Florida State University med hovedkontor i National High Magnetic Field Laboratory har fundet en opdagelse i væskedynamik, der virkelig er værd at fjerne en flaske fin vin.

Wei Guo, lektor i maskinteknik ved FAMU-FSU College of Engineering, og MagLab -forskningsassistent Toshiaki Kanai offentliggjorde en ny undersøgelse i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve der belyser, hvordan kvantevæsker - også kaldet superfluider - smelter sammen. Det viser sig, at de bruger en proptrækker -mekanisme.

På atomniveau, disse væsker overholder et helt andet regelsæt, der opstår ved ultralav, eller kryogen, temperaturer. I dette tilfælde, at temperaturen svæver omkring -273 grader Celsius (ca. -460 grader Fahrenheit), langt koldere end noget andet sted på Jorden. Et sådant miljø kan kun nås med stor indsats i særlige laboratorier.

Med andre ord, kvantevæsker, også kaldet superfluider, er virkelig bizar. De er også af stor interesse for forskere, dels fordi de findes i kosmos - i neutronstjerner og, eventuelt, i mørkt stof.

"Neutronstjerner, i det væsentlige, er store, roterende superfluiddråber, og disse dråber kan smelte sammen "sagde Guo, en uddannet fysiker, der fører tilsyn med MagLabs Cryogenics Research Group. "Så vi stillede spørgsmålet:Hvad sker der, når roterende superfluiddråber smelter sammen? Hvordan overføres rotationen fra den ene til den anden?"

Svaret de fik, baseret på numeriske simuleringer, kom som en ganske overraskelse. Resultaterne viste, at rotationen af ​​disse væsker havde lidt lighed med klassisk væskedynamik. Imidlertid, det kan værdsættes af alle, der nyder lejlighedsvis en bæger af gewürztraminer:Mekanismen var en proptrækker.

Supervæsken, de modellerede, var et Bose-Einstein-kondensat. BEC'er er en helt anden tilstand af stof end luft, væske, fast eller plasma, dannet ved afkøling af en gas med meget lav densitet til næsten absolut nul, lavest mulige temperatur. I denne frigide tilstand er atomerne, suget af næsten al deres energi, i det væsentlige fungere som en. De har nul viskositet; en BEC flyder uden at aflede nogen energi.

I vores klassiske verden, når en snurrende regndråbe falder ned i et stille vand, regndråbens rotationsbevægelse og vinkelmoment overføres til vandet, det plopper ned i gennem roterende strukturer, vi kender som hvirvler.

Men da Kanai skabte en model for at se, hvad der sker i kvanteverdenen, når en snurrende dråbe BEC smelter sammen med en statisk, der var intet tegn på hvirvler eller hvirvler. Alligevel var der en overførsel af bevægelse.

"Hvirvlerne forblev i den snurrende dråbe - men de blev ikke overført til toppen, "Forklarede Guo." Men på en eller anden måde blev rotationsbevægelser og vinkelmoment overført til den anden region. Så vi følte, at der må være en anden mekanisme, der spiller den rolle. En underlig struktur dukkede op ved grænsefladen mellem de to dråber - mærkelig, fordi den ikke forekommer i konventionel, viskøse væsker. "

Den mærkelige struktur:en proptrækker.

"Strukturen fungerer stort set som en proptrækker, "udøver et moment, Forklarede Guo. "Det genererer rotationsbevægelsen i toppen, statisk, og sænker derefter rotationen af ​​den nederste. På denne måde, rotationen overføres fra bunden til toppen. "

Resultaterne var dobbelt spændende, sagde Kanai, der virkede lidt overrasket over allerede at være hovedforfatter på en publikation, mens han stadig var kandidatstuderende i fysik i Florida State.

"Efter at vi havde observeret proptrækkerens struktur første gang, vi havde så mange spørgsmål, "sagde han." Hvad skyldes denne struktur? Hvordan påvirker strukturen dynamikken? Så selve opdagelsen var meget interessant; men efter det, forståelsen af ​​opdagelsen var også meget spændende. "

Guo sagde, at deres arbejde kan kaste lys over andre forskningsområder - mørkt stof og neutronstjerner på det kosmologiske plan og, på kvante niveau, udviklingen af ​​BEC-baserede teknologier som sensorer eller kvantecomputere, et voksende felt kaldet atomtronics.

"Dette kan give astrofysikere nogle oplysninger om, hvilken slags strukturer de skal se på, når de observerer himlen, "Sagde Guo.

Så næste gang du fjerner en flaske vino og beundrer dens viskositet, mens den hvirvler rundt om dit glas, hæve en skål til moment, til bizart, inviscid Bose-Einstein kondenserer og til vidundens uendelige vidundere.