Physiker am MIT machen erstmals Bilder von 'Second Sound'

Verständnis von 'Second Sound'

In bestimmten Materialien breitet sich Wärme von einer lokalen Quelle nicht aus, bis sie sich in ihrer Umgebung auflöst. Dazu gehören auch Supraflüssigkeiten, die entstehen, wenn Atome auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt werden. In diesem Zustand kann die Supraflüssigkeit unendlich fließen, ohne jeglichen Energieverlust oder Viskosität.

Physiker haben vorausgesagt, dass sich Wärme in Supraflüssigkeiten anders ausbreitet. Anstatt sich auszubreiten, vermuteten sie, dass Wärme als Welle, bekannt als 'Second Sound', propagiert wird. Dieses Phänomen kann als die Übertragung von Wärme von einem Bereich in einen anderen in einem reibungsfreien Zustand beschrieben werden.

Assistenzprofessor Richard Fletcher erklärte, dass man Second Sound mithilfe der Analogie eines Wassertanks visualisieren könne: 'Wenn man einen Wassertank hat und eine Hälfte fast zum Kochen bringt, könnte das Wasser selbst völlig ruhig aussehen, aber plötzlich ist die andere Seite heiß, und dann ist die andere Seite heiß, und die Wärme geht hin und her, während das Wasser völlig still aussieht.'

Festhalten von Second Sound in Aktion

Das Erfassen der Wärmebewegung in Supraflüssigkeiten ist herausfordernd, da sie keine Infrarotstrahlung abgeben. Das Team von Physikern am MIT entdeckte jedoch, dass Lithium-6-Fermionen je nach ihrer Temperatur bei verschiedenen Frequenzen resonieren. Dadurch konnten sie die Bewegung der resonierenden Fermionen verfolgen und beobachten, wie sich Wärme als Schallwellen in den Supraflüssigkeiten ausbreitet.

Professor für Physik Martin Zwierlein zeigte sich begeistert von ihrem Erfolg: 'Zum ersten Mal können wir Bilder dieser Substanz machen, während wir sie durch die kritische Temperatur der Suprafluidität abkühlen, und direkt sehen, wie sie sich von einer normalen Flüssigkeit, in der sich Wärme langweilig angleicht, zu einer Supraflüssigkeit entwickelt, in der sich Wärme hin und her bewegt.'

Das Team plant, das Verhalten von Wärme in anderen ultrakalten Gasen weiter zu untersuchen und die Anwendbarkeit ihrer Ergebnisse auf andere exotische Materialien, einschließlich der Bedingungen in Neutronensternen, zu erforschen.

Auswirkungen und Veröffentlichung

Der wegweisende Erfolg des Teams, das Phänomen des Second Sound in direkten Bildern festzuhalten, wurde in Science veröffentlicht. Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten, das Verhalten von Wärme in Supraflüssigkeiten und anderen exotischen Materialien zu verstehen und zu beeinflussen.

Indem sie Einblicke gewinnen, wie sich Wärme als Schallwellen in Supraflüssigkeiten ausbreitet, könnten Wissenschaftler neue Möglichkeiten zur Kontrolle und Nutzung von Wärme in verschiedenen Anwendungen entdecken. Darüber hinaus könnten diese Forschungsergebnisse wertvolle Einblicke in die Bedingungen und Prozesse liefern, die in Neutronensternen auftreten, die äußerst dicht und exotische Materie enthalten.