Wissenschaftler erfassen direkte Bilder von Second Sound in Supraflüssigkeiten
Physiker des MIT haben erstmals direkte Bilder von 'Second Sound' aufgenommen und damit unser Verständnis von Wärmeleitung in Supraleitern und Neutronensternen erweitert.
Neue Erkenntnisse zur Wärmeleitung in Supraflüssigkeiten
Physiker des MIT haben einen bahnbrechenden Fund gemacht, indem sie direkte Bilder von 'Second Sound', der Wärmebewegung in Supraflüssigkeiten, aufgenommen haben. Durch die Visualisierung dieser wellenartigen Wärmebewegung haben die Forscher unser Verständnis von Wärmeleitung in Supraleitern und Neutronensternen erweitert.
In den meisten Materialien streut und dissipiert Wärme allmählich und verschwindet. Jedoch kann sich Wärme in seltenen Materiezuständen wie einer Welle verhalten, ähnlich wie Schallwellen. Dieses Phänomen nennt man 'Second Sound'.
Bisher wurden Anzeichen von Second Sound nur in einigen Materialien beobachtet. Die Physiker des MIT haben jedoch erfolgreich direkte Bilder von Second Sound aufgenommen und enthüllt, wie Wärme unabhängig von den Teilchen eines Materials wellenartig bewegt.
Erforschung des Phänomens Second Sound
Die Forscher des MIT unter der Leitung von Professor Martin Zwierlein haben Second Sound in einer Supraflüssigkeit visualisiert, einem einzigartigen Materiezustand, der entsteht, wenn eine Wolke von Atomen auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt wird. In diesem supraflüssigen Zustand soll sich Wärme wie eine Welle bewegen, wurde aber bisher noch nie direkt beobachtet.
Das Team entwickelte eine neue Methode der Thermographie, bei der Radiofrequenz verwendet wird, um die Bewegung von Wärme durch die Supraflüssigkeit zu verfolgen. Indem sie den Fermionen verschiedene resonante Radiofrequenzen anwandten, konnten die Forscher 'Filme' erstellen, die die reine Wärmebewegung zeigen, die hin und her schwappt wie Schallwellen.
Diese bahnbrechenden Experimente markieren das erste Mal, dass Wissenschaftler Second Sound und die reine Wärmebewegung in einem suprafluiden Quantengas direkt beobachtet haben. Die Forscher planen weitere Untersuchungen zum Verhalten von Wärme in anderen ultrakalten Gasen mit dem Ziel, vorherzusagen, wie Wärme in anderen stark wechselwirkenden Materialien wie hochtemperatursupraleitenden Materialien und Neutronensternen fließt.
Implikationen für zukünftige Forschung und Anwendungen
Die Ergebnisse dieser Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Science, werden einen bedeutenden Einfluss auf das Gebiet der Physik haben. Durch ein besseres Verständnis, wie Wärme in Supraflüssigkeiten und verwandten Materialien fließt, können Wissenschaftler bessere Systeme entwerfen und entwickeln.
Darüber hinaus bestehen starke Verbindungen zu anderen Forschungsbereichen. Das Verhalten von Elektronen in hochtemperatursupraleitenden Materialien und Neutronen in ultradichten Neutronensternen ist direkt mit den Eigenschaften der in dieser Forschung untersuchten Supraflüssigkeit verbunden. Die Möglichkeit, die Wärmeleitfähigkeit in diesen Systemen präzise zu messen, eröffnet neue Möglichkeiten zur Entwicklung fortschrittlicher Materialien und Technologien.
Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation (NSF), dem Air Force Office of Scientific Research und dem Vannevar Bush Faculty Fellowship unterstützt. Das MIT-Team ist mit dem MIT Department für Physik und dem Research Laboratory for Electronics (RLE) verbunden und Teil des MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms.
