Pri skoraj najhladnejši možni temperaturi - živo srebro (s pomočjo tekočega helija) - tvori stanje, imenovano superprevodnost. Do zdaj…
Tečen helij-4 preide v izredno presežno tekočino, če ga dosežemo v nekaj stopinjah absolutne ničle po Kelvinovi lestvici (minus 273 Celzija ali minus 460 Fahrenheitov). Vrti se, zvija in pomanjkanje telesa znanstvenike osupne že skoraj stoletje. Zdaj je ekipa, ki jo vodi fizik z univerze v Washingtonu in ki uporablja najzmogljivejši superračunalnik, ki je na voljo za odprto znanost, pripravila teoretično sliko, ki razlaga realno vedenje odvečne tekočine. Le kdo je tukaj odgovorna stranka? Poskusite subatomske delce, ki jih imenujemo fermioni.
Femioni so velik del naravne enačbe kot elektroni, protoni in nevtroni… tako kot so superfluidi del nevtronskih zvezd. Vrtenje med enim in 1.000 krat na sekundo nevtronske zvezde - ali pulsarji - superfluidna površina deluje precej drugače kot njen protikandidat tukaj na Zemlji. Ko se hitrost povečuje, tvori niz majhnih vrtincev, ki se združujejo v trikotni vzorec…, kar posledično tvori pletenico v strukturi presežne tekočine. "Ko dosežete pravilno hitrost, boste v sredini ustvarili en vrtinec," je dejal Bulgac. »In ko boste povečevali hitrost, boste povečali število vrtincev. Vendar se vedno zgodi v korakih. "
Ali ga zna znanost poustvariti? Da. Laboratorijski modeli, ki uporabljajo vakuumsko komoro in laserski žarek za ustvarjanje visokointenzivnega električnega polja, so uspeli ohladiti majhen vzorec, morda milijon atomov, na temperature blizu absolutne nič. Nato uporabimo "lasersko žlico" za mešanje presežne tekočine dovolj hitro, da ustvari vrtince.
"Znanstveniki so skušali razumeti nenavadno vedenje, da bi sestavili opisne enačbe, kakršne bi lahko uporabili za opis vrtinčenja v skodelici kave med mešanjem." Je rekel Bulgac. "Toda za opis delovanja v presežni tekočini, narejeni iz fermionov, je potrebno skoraj neomejeno število enačb. Vsak opisuje, kaj se zgodi, če se spremeni samo ena spremenljivka - na primer hitrost, temperatura ali gostota. Ker so spremenljivke povezane, če se ena spremeni, se bodo spremenile tudi druge. "
Eden največjih izzivov pri oblikovanju matematične hipoteze je količina računalniške moči, ki bi jo potrebovali za delo s težavo s številnimi spremenljivimi spremembami, ki so dosegle 1 trilijon ali več. Kako so to storili? Skupina je računalnik JaguarPF uporabila v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge v Tennesseeju, enem največjih superračunalnikov na svetu, za ekvivalent 70 milijonov ur, kar bi za enojedrni osebni računalnik potrebovalo skoraj 8000 let (JaguarPF ima skoraj četrtino -milijon jeder). Samo poskusite se ohladiti!
"To vam pove zapletenost teh izračunov in kako težko je to," je dejal Bulgac. Da bodo zadeve še bolj zapletene, hitreje mešanje presežne tekočine povzroči izgubo lastnosti - vendar ne tako hitro, kot je domnevano. "Delo pomeni, da lahko raziskovalci" do neke mere "preučijo lastnosti nevtronske zvezde z računalniškimi simulacijami." Je rekel Bulgac. . "Odpira tudi nove smeri raziskovanja fizike hladnih atomov."
In še več domačih nalog z naše strani.
Izvorni vir zgodbe: Univerza v Washingtonu.
