При майже найхолоднішій можливій температурі - ртуть (за допомогою рідкого гелію) - утворює стан, який називається надпровідністю. Досі…
Якщо потрапити в межах кількох градусів абсолютного нуля за шкалою Кельвіна (мінус 273 за Цельсієм або мінус 460 за Фаренгейтом), рідкий гелій-4 перетворюється на чудовий надрідкий стан. Він закручується, згортається, і його нестача в організмі збентежує вчених майже століття. Зараз команда на чолі з фізиком університету Вашингтона, використовуючи найпотужніший суперкомп'ютер, доступний для відкритої науки, підготувала теоретичну картину, яка пояснює поведінку надлишків у реальному часі. Тільки хто тут відповідальна сторона? Спробуйте субатомні частинки, які називаються ферміонами.
Феміони - це значна частина природного рівняння, як електрони, протони та нейтрони ... так само, як надлишки є частиною нейтронних зірок. Обертаючись між одним і 1000 разів на секунду, нейтронні зірки - або пульсари - надрідка поверхня діє набагато інакше, ніж її аналог тут на Землі. Зі збільшенням швидкості він утворює низку невеликих вихорів, які групуються за трикутним малюнком ... що, у свою чергу, утворює тасьму в надлишковому складі. "Коли ви досягнете правильної швидкості, ви створите один вихор посередині", - сказав Булгак. «І зі збільшенням швидкості ви збільшуватимете кількість вихорів. Але це завжди відбувається поетапно ».
Чи може наука відтворити це? Так. Лабораторні моделі, що використовують вакуумну камеру та лазерний промінь для створення електричного поля високої інтенсивності, зуміли охолодити невеликий зразок, можливо, 1 мільйон атомів, до температур, близьких до абсолютного нуля. Потім використовується "лазерна ложка" для перемішування надлишкової рідини досить швидко, щоб створити вихори.
"Намагаючись зрозуміти дивну поведінку, вчені намагалися розробити описові рівняння, такі як ті, які вони могли б використати для опису закрученого дії в чашці кави під час його перемішування". - сказав Булгак. "Але для опису дії в надлишковому середовищі, виготовленому з ферміонів, потрібна майже необмежена кількість рівнянь. Кожен описує, що відбувається, якщо зміниться лише одна змінна - наприклад швидкість, температура або щільність. Тому що змінні пов'язані між собою, якщо одні змінити, зміниться і інші. "
Однією з головних проблем при формулюванні математичної гіпотези є обсяг обчислювальної потужності, який знадобиться для роботи через проблему з низкою змінних змін, що сягали 1 трлн і більше. То як вони це зробили? Команда використовувала комп’ютер JaguarPF в Національній лабораторії Oak Ridge у штаті Теннессі, одному з найбільших суперкомп'ютерів у світі, за еквівалент 70 мільйонів годин, що вимагатиме майже 8000 років на одноядерному персональному комп’ютері (JaguarPF має майже чверть -мільйон ядер). Просто спробуйте охолодити це!
"Це говорить вам про складність цих розрахунків і про те, наскільки це складно", - сказав Булгак. Щоб зробити речі ще складнішими, тим швидше перемішування надлишкової рідини змушує її втрачати свої властивості - але не так швидко, як гіпотезовано. "Робота означає, що дослідники можуть" певною мірою "вивчити властивості нейтронної зірки за допомогою комп'ютерного моделювання". - сказав Булгак. "Це також відкриває нові напрямки досліджень фізики холодних атомів".
І більше домашніх завдань з нашого боку.
Оригінальне джерело історії: Університет Вашингтона.
