Эти жидкости называются классическими жидкостями, примерами одного из первичных состояний вещества. Но если мы охладим этот гелий еще на несколько градусов, произойдет нечто драматическое, он превратится в квантовую жидкость.
Этот макроскопический образец квантовой механики представляет собой сверхтекучую жидкость, которая течет без трения.
Так что же вы услышите, если примете неудачное решение сунуть голову в эту жидкость? Удивительно, но один и тот же звук вы услышите дважды.
В дополнение к обычному звуку жидкости существует явление второго звука, которое происходит из квантовой природы этой жидкости. Если кто-то говорит вам что-то, находясь в сверхтекучем гелии, вы сначала услышите это как первый звук, а затем получите второй шанс послушать, когда он появится как второй звук, хотя и сильно приглушенный. Для сверхтекучего гелия второй звук немного медленнее первого: 25 м / с против. 250 м / с, от 1 до 2 Кельвинов.
В то время как традиционная теория второго звука оказалась успешной для сверхтекучего гелия, появление бозе-эйнштейновских конденсатов ультрахолодных атомов поставило новые задачи. Группа ученых во главе с Людвигом Мэти из Гамбургского университета выдвинула новую теорию, которая улавливает второй звук в этих квантовых жидкостях, недавно опубликованную в Physical Review A.
«Для сверхтекучего гелия второй звук медленнее первого, – объясняет соавтор Виджай Сингх, – но мы были поражены, обнаружив, что это не обязательно так, что второй импульс может быть быстрее». Чтобы уловить это, потребовался новый теоретический подход. Современные проблемы требуют современных решений, как говорится.
«Мы обобщили интеграл по путям Фейнмана, чтобы расширить теорию сверхтекучих жидкостей. Хотя интеграл по путям, блестяще придуманный Ричардом Фейнманом, формулирует квантовую механику как сумму по траекториям, сами эти траектории являются классическими. «Мы изменили внешний вид этих траекторий, – продолжает Сейфи, – в нашем интеграле по путям они содержат информацию о квантовых флуктуациях.Представьте себе лапшу из пула, которая простирается от А до Б, как визуализацию бедняком траектории, которая входит в интеграл путей Фейнмана. Поперечное сечение лапши более или менее круглое с постоянным диаметром по длине.
Но в новом интеграле траекторий форма поперечного сечения может варьироваться, оно может принимать эллиптические формы, представьте, как сжимаете вместе лапшу для бассейна. Соответственно, физики называют эти квантово-механические состояния сжатыми состояниями.
«Этот подход широко применим, – объясняет Людвиг Мэти, – его можно применить к любому методу, основанному на интегралах по путям.В самом деле, можно представить, что многие явления на стыке квантовой и классической физики будут лучше поняты с помощью этого подхода.
Можно просто выжать немного больше информации из природы с этой новой структурой.