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【双赢彩票平台官网】 听 完美流体的声音

2022-10-03 

本文摘要:什么是“完美流体”?

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什么是“完美流体”?对有的人来说,完美流体可能是森林里轻声拍打的小溪,也可能是大江大河里飞跃翻腾的河流,亦有可能是庭院深处从屋檐坠落在水缸的水滴……但对物理学家来说,这个问题有着更详细的谜底,因为他们对“完美流体”有着更清晰的界说。完美流体指的是在量子力学定律允许的条件下,具有最小摩擦力或最小黏性的流体。

这样的完美流体在自然界中或许很是稀有,但可能存在于中子星的焦点和早期宇宙的液态等离子体中。这样的完美流体的声音会是怎样的?我们无法听到中子星内部会发生怎样的声音,可是最近,一个物理学家团队在实验室缔造出了一种完美流体,他们记载了由这种流体所发出的声音,这是对完美流体中的声音扩散率的首个丈量。研究人员将实验效果揭晓在了近期的《科学》杂志上。有理论讲明,中子星的焦点包罗由费米子组成的强相互作用物质。

费米子是一类自旋为半整数的基本粒子,电子、质子和中子都属于费米子,它们被认为是组成所有物质的基石。费米子“天生”喜欢相互分散,因此,当它们“被迫”在不得已的情况下要举行强相互作用时,就会体现为具有极低黏性的完美流体。为了在实验室中缔造出这样的完美流体,研究人员首先使用一个激光系统来捕捉锂-6原子气体。

这是一种可被视作为费米子的粒子,在实验中,它们被困在一个由绿色激光束制成的三维圆柱形“容器”中。锂-6原子被困在由激光制成的“容器”中。| 素材参考泉源:Patel et. al./ Science围绕着锂-6原子气体的激光“容器”可以被精准、细致地操控,使恰当原子撞击到“容器”边缘时,会被回弹到气体中。同时,原子之间的相互作用被控制在量子力学允许的规模内,因此在这个容器中,这些原子会在每次相遇时都发生相互碰撞。

这个历程可以使得这些费米子气体酿成完美流体。接着,通过改变“容器”的一个面的亮度,研究人员可以让声波穿过“容器”的这一面,从而在特定频率上发生像声音一样的振动。每当有这样的声波通过时,他们就拍下一个快照。在收集了数千张流体快照之后,他们将所有的快照联合在一起,生成了一个声像图。

最后,通过视察流体密度对每种声波的反映,他们可以找出能在流体中发生共振或者会放高声音的频率。通太过析录音中的共振,研究人员分析了通过这种气体的数千个声波,从而判断出流体的黏性,以及声音扩散率,也就是声音在气体中消散的速度(这一特性直接与质料的黏性或内摩擦有关)。如果一种流体的黏性很低,那么当以恰好的频率撞击时,它将能发生很是强的声波了;如果一种流体的黏性很强,那么它不会泛起任何高质量的共振。

从实验数据中,研究人员视察了到流体中泛起了清晰的共振,特别是在低频时。凭据这些共振的漫衍,他们盘算出了流体的声音扩散率,发现这个数值很是低,低到足以用一个“量子”摩擦量来形貌——这一量子摩擦量可以简朴地通过普朗克常数和气体中的单个费米子的质量盘算出来。

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这一数值证实了,实验中所使用的强相互作用费米子气体简直是一种完美流体,而且它的声音扩散以及它黏性,是在量子力学所允许的最低限度内。现在,这种流体可被用作为其他一些更为庞大的完美流体的模型,从而资助科学家盘算早期宇宙中等离子体的黏性,以及中子星内的量子摩擦——这些特性在其他情况下是无法盘算的。

这项研究甚至还能资助科学家在未来大致预测出中子星的声音。在这项研究结果到来之前,想要聆听中子星的声音是一件相当难题的事。但现在,他们可以在实验室里使用原子来对此举行模拟,或许未来科学家只需通过晃动“原子汤”,就能知道中子星会发出什么样的声音。

研究人员表现,除了使用这些效果来盘算在如中子星一类的奇异物质中的量子摩擦之外,这一效果另有助于明白某些物质如何体现出完美的超导流。这项研究将直接与质料的电阻有关,通过盘算气体的最低阻力是几多,来获悉电子在质料中会发生什么,以及如何让电子以完美的方式流动。

封面图泉源:Christine Daniloff / MIT参考泉源:https://soundcloud.com/mitnewsoffice/sound-of-a-perfect-fluidhttps://news.mit.edu/2020/sound-perfect-fluid-1203https://www.newscientist.com/article/2261852-superfluid-used-to-make-sounds-that-might-be-heard-in-neutron-star/#ixzz6fg7HGiv5https://science.sciencemag.org/content/370/6521/1222。


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