تایید وجود “صدای دوم” توسط دانشمندان: اثباتی بی‌نظیر از دنیای عجیب گازهای کوانتومی!

در دنیای مواد معمولی و روزمره، گرما تمایل دارد از یک منبع متمرکز به اطراف پخش شود. اما دنیای مواد نادر و عجیب و غریب، از این قوانین حرارتی پیروی نمی‌کند. به جای پخش شدن به شکلی که انتظار می‌رود، این گازهای کوانتومی ابرسیال، گرما را به این طرف و آن طرف “تکان” می‌دهند – اساساً به صورت یک موج منتشر می‌شود. دانشمندان این رفتار را “صدای دوم” یک ماده می‌نامند (صدای اول، صدای معمولی از طریق یک موج چگالی است). اگرچه این پدیده قبلاً مشاهده شده بود، اما هرگز تصویربرداری نشده بود.

ریچارد فلچر، استادیار MIT، در یک بیانیه مطبوعاتی با اشاره به این دستاورد، با ادامه قیاس قابلمه جوشان، به توصیف عجیب بودن ذاتی “صدای دوم” در این ابرسیال‌های عجیب پرداخت. او گفت: “تصور کنید یک مخزن آب دارید و نیمی از آن را تقریباً به جوش می‌آورید. اگر سپس تماشا کنید، ممکن است خود آب کاملاً آرام به نظر برسد، اما ناگهان طرف دیگر گرم می‌شود، و سپس طرف دیگر گرم می‌شود، و گرما به عقب و جلو می‌رود، در حالی که آب کاملاً ساکن به نظر می‌رسد.”
 

این ابرسیال‌ها زمانی ایجاد می‌شوند که ابری از اتم‌ها در معرض دماهای فوق‌العاده سرد نزدیک به صفر مطلق (منهای 273.15 درجه سانتیگراد) قرار می‌گیرد. در این حالت نادر، اتم‌ها رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند و یک سیال اساساً بدون اصطکاک ایجاد می‌کنند. در این حالت بدون اصطکاک است که گرما به صورت تئوری به شکل یک موج منتشر می‌شود.

مارتین زویلرلین، نویسنده اصلی این مطالعه، در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: “صدای دوم، نشانه ابرسیال بودن است، اما تاکنون در گازهای فوق‌سرد فقط می‌توانستید آن را در این انعکاس ضعیف از امواج چگالی که همراه آن است، ببینید. ماهیت موج گرما قبل از این قابل اثبات نبود.”

برای ثبت این صدای دوم در عمل، زویلرلین و تیمش مجبور بودند فراتر از چارچوب حرارتی معمول فکر کنند، زیرا یک مشکل بزرگ در تلاش برای ردیابی گرمای یک جسم فوق‌سرد وجود دارد – این جسم تابش مادون قرمز معمولی را ساطع نمی‌کند.

بنابراین، دانشمندان MIT راهی را برای استفاده از فرکانس‌های رادیویی برای ردیابی ذرات زیراتمی خاصی به نام “فرمیون‌های لیتیم-6” طراحی کردند، که می‌توانند از طریق فرکانس‌های مختلف در رابطه با دمای خود ثبت شوند (یعنی دماهای گرم‌تر به معنای فرکانس‌های بالاتر و بالعکس). این تکنیک جدید به محققان این امکان را داد تا اساساً روی فرکانس‌های “گرم‌تر” (که هنوز هم بسیار سرد بودند) تمرکز کرده و موج دوم حاصل را در طول زمان ردیابی کنند.

شاید این موضوع به نظر بی‌اهمیت بیاید، اما اگر از یک متخصص مواد یا ستاره‌شناس بپرسید، پاسخ کاملاً متفاوتی دریافت خواهید کرد. درک خواص حرکت موج دوم می‌تواند به سوالاتی در مورد ابررساناها در دماهای بالا یا فیزیک پیچیده موجود در قلب ستاره‌های نوترونی کمک کند. فیزیکدانان ایرانی نیز در پروژه های مرتبط با فیزیک کوانتوم همکاری می کنند. همچنین، نظریه های فیزیکدان ایرانی در این زمینه وجود دارد.