Vid nästan den kallaste temperaturen som möjligt - kvicksilver (med hjälp av flytande helium) - bildar ett tillstånd som kallas superledningsförmåga. Tills nu…
När det tas inom några grader av absolut noll på Kelvin-skalan (minus 273 Celsius eller minus 460 Fahrenheit) förvandlas flytande helium-4 till det anmärkningsvärda överflödiga tillståndet. Det virvlar runt, det krullar, och det saknar kropp har förvirrat forskare i nästan ett sekel. Nu har ett team ledat av en fysiker från University of Washington, som använder den mest kraftfulla superdatorn som är tillgänglig för öppen vetenskap, lagat fram en teoretisk bild som förklarar superfluidens beteende i realtid. Bara vem är den ansvariga parten här? Prova subatomära partiklar som kallas fermioner.
Femioner är i hög grad en del av den naturliga ekvationen som elektroner, protoner och neutroner ... precis som superfluider är en del av neutronstjärnor. Roterande mellan en och 1 000 gånger per sekund, neutronstjärnor - eller pulsars - ytlig yta fungerar mycket annorlunda än dess motsvarighet här på jorden. När hastigheten ökar bildar den en serie små virvlar som grupperar i ett triangulärt mönster ... som i sin tur bildar en flätning i den överflödiga strukturen. "När du når rätt hastighet skapar du en virvel i mitten," sade Bulgac. ”Och när du ökar hastigheten kommer du att öka antalet virvlar. Men det förekommer alltid i steg. ”
Kan vetenskapen återskapa den? Ja. Laboratoriemodeller som använder en vakuumkammare och en laserstråle för att skapa ett högintensivt elektriskt fält har lyckats kyla ett litet prov, kanske 1 miljon atomer, till temperaturer nära absolut noll. Sedan används en "lasersked" för att röra om det överflödiga tillräckligt snabbt för att skapa virvlar.
"Vid försök att förstå det udda beteendet har forskare försökt att utforma beskrivande ekvationer, till exempel de som de kan använda för att beskriva den virvlande handlingen i en kopp kaffe när den rörs om." Bulgac sa. ”Men för att beskriva handlingen i en överflödig gjord av fermioner krävs ett nästan obegränsat antal ekvationer. Var och en beskriver vad som händer om bara en variabel - såsom hastighet, temperatur eller densitet - ändras. Eftersom variablerna är länkade, om en ändrar andra kommer också att förändras. "
En av de största utmaningarna i formuleringen av en matematisk hypotes är mängden datorkraft som det skulle ta för att arbeta igenom ett problem med ett antal variabla förändringar som nådde 1 biljon eller mer. Så hur gjorde de det? Teamet använde JaguarPF-datorn på Oak Ridge National Laboratory i Tennessee, en av världens största superdatorer, motsvarande 70 miljoner timmar, vilket skulle kräva nästan 8000 år på en enskärlig persondator (JaguarPF har nästan en fjärdedel -million kärnor). Försök bara svalna det!
"Detta berättar komplexiteten i dessa beräkningar och hur svårt det är," sade Bulgac. För att göra saker ännu mer komplexa, desto snabbare omröres överflödet gör att den förlorar sina egenskaper - men inte så snabbt som hypotes. "Arbetet innebär att forskare kan" till viss del "studera egenskaperna hos en neutronstjärna med hjälp av datasimuleringar.” Bulgac sa. . ”Det öppnar också nya riktningar för forskning inom kallatomfysik.”
Och mer läxor från vår sida.
Original historikälla: University of Washington.
