W prawie najniższej możliwej temperaturze - rtęć (za pomocą ciekłego helu) - tworzy stan zwany nadprzewodnictwem. Do teraz…
Po przyjęciu z dokładnością do kilku stopni zera absolutnego w skali Kelvina (minus 273 Celsjusza lub minus 460 Fahrenheita) ciekły hel-4 zmienia się w niezwykły stan nadciekłości. Wiruje, zwija się, a brak ciała zaskakuje naukowców od prawie wieku. Teraz zespół kierowany przez fizyka z University of Washington, wykorzystujący najpotężniejszy superkomputer dostępny w otwartej nauce, przygotował teoretyczny obraz wyjaśniający zachowanie się nadpłynności w czasie rzeczywistym. Kto jest tutaj stroną odpowiedzialną? Wypróbuj cząsteczki subatomowe zwane fermionami.
Femiony są częścią naturalnego równania, podobnie jak elektrony, protony i neutrony… podobnie jak nadcieki są częścią gwiazd neutronowych. Obracając się między jedną a 1000 razy na sekundę, nadpłynna powierzchnia gwiazd neutronowych - lub pulsarów - działa znacznie inaczej niż jej odpowiednik na Ziemi. Wraz ze wzrostem prędkości tworzy serię małych wirów, które grupują się w trójkątny wzór… co z kolei tworzy warkocz w strukturze nadciekłej. „Gdy osiągniesz właściwą prędkość, utworzysz jeden wir pośrodku”, powiedział Bulgac. „A gdy zwiększysz prędkość, zwiększysz liczbę wirów. Ale zawsze następuje to etapami. ”
Czy nauka może to odtworzyć? Tak. Modelom laboratoryjnym wykorzystującym komorę próżniową i wiązkę laserową do wytworzenia pola elektrycznego o wysokiej intensywności udało się schłodzić małą próbkę, być może 1 milion atomów, do temperatur zbliżonych do zera absolutnego. Następnie stosuje się „łyżkę laserową”, aby szybko zmieszać nadciekacz wystarczająco szybko, aby utworzyć wiry.
„Próbując zrozumieć dziwne zachowanie, naukowcy próbowali opracować równania opisowe, takie jak te, które mogą wykorzystać do opisania wirującego działania w filiżance kawy podczas mieszania.” Powiedział Bulgac. „Ale aby opisać akcję w superpłynie wykonanym z fermionów, potrzebna jest prawie nieograniczona liczba równań. Każdy opisuje, co się stanie, jeśli zmieni się tylko jedna zmienna - taka jak prędkość, temperatura lub gęstość. Ponieważ zmienne są połączone, jeśli jedna się zmieni, inne też się zmienią. ”
Jednym z głównych wyzwań w sformułowaniu hipotezy matematycznej jest ilość mocy obliczeniowej potrzebnej do rozwiązania problemu z wieloma zmiennymi zmianami, które osiągnęły 1 bilion lub więcej. Jak oni to zrobili? Zespół wykorzystał komputer JaguarPF w Oak Ridge National Laboratory w Tennessee, jednym z największych superkomputerów na świecie, przez równowartość 70 milionów godzin, co wymagałoby prawie 8 000 lat na pojedynczym komputerze osobistym (JaguarPF ma prawie jedną czwartą milion rdzeni). Po prostu spróbuj to ochłodzić!
„To świadczy o złożoności tych obliczeń i o tym, jak trudne to jest” - powiedział Bulgac. Aby uczynić sprawy jeszcze bardziej złożonymi, im szybciej zmiesza się nadciek, powoduje to, że traci swoje właściwości - ale nie tak szybko, jak hipoteza. „Praca oznacza, że naukowcy mogą„ do pewnego stopnia ”badać właściwości gwiazdy neutronowej za pomocą symulacji komputerowych”. Powiedział Bulgac. . ”Otwiera to także nowe kierunki badań w fizyce zimnych atomów.”
I więcej prac domowych z naszej strony.
Oryginalna historia Źródło: University of Washington.
