Při téměř nejchladnější možné teplotě - rtuť (pomocí kapalného helia) - tvoří stav zvaný supravodivost. Do teď…
Když se vezme na několik stupňů absolutní nuly na Kelvinově stupnici (minus 273 Celsia nebo minus 460 Fahrenheita), kapalné helium-4 se změní na pozoruhodný superfluidní stav. Víří, kroutí a nedostatek těla vědce po téměř století zmatuje. Nyní tým vedený fyzikem z University of Washington, využívající nejmocnější superpočítač dostupný pro otevřenou vědu, připravil teoretický obrázek, který vysvětluje chování superfluidu v reálném čase. Kdo je tady odpovědná strana? Vyzkoušejte subatomické částice zvané fermiony.
Femiony jsou hodně součástí přirozené rovnice jako elektrony, protony a neutrony… stejně jako superfluidy jsou součástí neutronových hvězd. Superfluidní povrch rotující mezi jednou a 1 000krát za sekundu, superfluidní povrch působí mnohem jinak než jeho protějšek zde na Zemi. Jak se rychlost zvyšuje, vytváří řadu malých vírů, které se seskupují do trojúhelníkového vzoru ... který zase tvoří oplet uvnitř superfluidní struktury. "Až dosáhnete správné rychlosti, vytvoříte uprostřed jeden vír," řekl Bulgac. "A když zvýšíte rychlost, zvýšíte počet vírů." Ale vždy se to děje v krocích. “
Může to věda znovu vytvořit? Ano. Laboratorní modely využívající vakuovou komoru a laserový paprsek k vytvoření elektrického pole vysoké intenzity dokázaly vychladit malý vzorek, snad 1 milion atomů, na teploty blízké absolutní nule. Pak se použije „laserová lžíce“, aby se superfluid dostatečně rychle promíchal, aby se vytvořily víry.
"Ve snaze porozumět lichému chování se vědci pokusili vymyslet popisné rovnice, jako jsou ty, které mohou použít k popisu vířící akce v šálku kávy, jak se míchá." Řekl Bulgac. "K popisu činnosti v superfluidu vyrobeném z fermionů je však zapotřebí téměř neomezeného počtu rovnic." Každý popisuje, co se stane, když se změní pouze jedna proměnná - například rychlost, teplota nebo hustota. Protože proměnné jsou propojeny, pokud se změní jedna, změní se také ostatní. “
Jednou z hlavních výzev při formulaci matematické hypotézy je množství výpočetního výkonu, které by bylo zapotřebí k řešení problému s řadou proměnných změn, které dosáhly 1 bilionu nebo více. Jak to udělali? Tým použil počítač JaguarPF v Oak Ridge National Laboratory v Tennessee, jednom z největších superpočítačů na světě, za ekvivalent 70 milionů hodin, což by vyžadovalo téměř 8 000 let na jednojádrovém osobním počítači (JaguarPF má téměř čtvrtinu milionů jader). Jen to zkuste vychladnout!
"To vám říká, jak složité jsou tyto výpočty a jak je to obtížné," řekl Bulgac. Aby věci byly ještě složitější, čím rychleji se superfluid míchá, způsobí, že ztratí své vlastnosti - ale ne tak rychle, jak se předpokládá. „Práce znamená, že vědci mohou„ do jisté míry “studovat vlastnosti neutronové hvězdy pomocí počítačových simulací.“ Řekl Bulgac. "To také otevírá nové směry výzkumu ve fyzice studených atomů."
A další domácí úkoly z naší strany.
Původní zdroj příběhu: University of Washington.
