Bij bijna de koudst mogelijke temperatuur - kwik (met behulp van vloeibaar helium) - vormt zich een toestand die supergeleiding wordt genoemd. Tot nu…
Wanneer het binnen enkele graden van het absolute nulpunt op de Kelvin-schaal (minus 273 graden Celsius of minus 460 Fahrenheit) wordt gebracht, verandert vloeibaar helium-4 in de opmerkelijke toestand van superfluïdum. Het wervelt, het krult en het gebrek aan lichaam is al bijna een eeuw verbijsterend voor wetenschappers. Nu heeft een team onder leiding van een natuurkundige van de Universiteit van Washington, met behulp van de krachtigste supercomputer die beschikbaar is voor open science, een theoretisch beeld gecreëerd dat het realtime gedrag van superfluïdum verklaart. Wie is hier de verantwoordelijke partij? Probeer subatomaire deeltjes die fermionen worden genoemd.
Femions maken een groot deel uit van de natuurlijke vergelijking als elektronen, protonen en neutronen ... net zoals supervloeistoffen deel uitmaken van neutronensterren. Roterend tussen één en 1000 keer per seconde, werken neutronensterren - of pulsars - superfluïdumoppervlak heel anders dan zijn tegenhanger hier op aarde. Naarmate de snelheid toeneemt, vormt het een reeks kleine wervels die zich groeperen in een driehoekig patroon ... dat op zijn beurt een vlecht vormt binnen de superfluïde structuur. "Als je de juiste snelheid bereikt, maak je een vortex in het midden", zei Bulgac. 'En als je de snelheid verhoogt, verhoog je het aantal wervels. Maar het gebeurt altijd in stappen. '
Kan de wetenschap het opnieuw creëren? Ja. Laboratoriummodellen die een vacuümkamer en een laserstraal gebruiken om een elektrisch veld met hoge intensiteit te creëren, zijn erin geslaagd een klein monster, misschien wel 1 miljoen atomen, te koelen tot temperaturen dichtbij het absolute nulpunt. Vervolgens wordt een "laserlepel" gebruikt om het superfluïdum snel genoeg te roeren om wervelingen te creëren.
"Bij het proberen het vreemde gedrag te begrijpen, hebben wetenschappers geprobeerd beschrijvende vergelijkingen te bedenken, zoals vergelijkingen die ze zouden kunnen gebruiken om de wervelende actie in een kopje koffie te beschrijven terwijl het wordt geroerd." Zei Bulgac. “Maar om de actie te beschrijven in een superfluïdum gemaakt van fermionen, is een bijna onbeperkt aantal vergelijkingen nodig. Elk beschrijft wat er gebeurt als slechts één variabele - zoals snelheid, temperatuur of dichtheid - wordt gewijzigd. Omdat de variabelen met elkaar zijn verbonden, zullen ook de ene veranderen als de andere verandert. ”
Een van de grootste uitdagingen bij het formuleren van een wiskundige hypothese is de hoeveelheid rekenkracht die nodig is om een probleem op te lossen met een aantal variabele veranderingen die 1 biljoen of meer bereikten. Dus hoe hebben ze het gedaan? Het team gebruikte de JaguarPF-computer in Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, een van de grootste supercomputers ter wereld, voor het equivalent van 70 miljoen uur, wat bijna 8.000 jaar zou vergen op een single-core personal computer (JaguarPF heeft bijna een kwart -miljoen kernen). Probeer dat maar af te koelen!
'Dit vertelt je de complexiteit van deze berekeningen en hoe moeilijk dit is', zei Bulgac. Om het nog ingewikkelder te maken, verliest het superfluïdum zijn eigenschappen sneller, maar verliest het zijn eigenschappen - maar niet zo snel als werd verondersteld. "Het werk betekent dat onderzoekers 'tot op zekere hoogte' de eigenschappen van een neutronenster kunnen bestuderen met computersimulaties." Zei Bulgac. . "Het opent ook nieuwe onderzoeksrichtingen in de fysica van koude atomen."
En meer huiswerk van onze kant.
Oorspronkelijke verhaalbron: University of Washington.
