Σχεδόν στη χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία - ο υδράργυρος (με τη βοήθεια υγρού ηλίου) - σχηματίζει μια κατάσταση που ονομάζεται υπεραγωγιμότητα. Στο άκρο, τα ηλεκτρόνια ρέουν χωρίς επιβάρυνση μέσω αυτού που είναι γνωστό ως υπερρευστό. Αλλά τα πώς και τα γιατί της υπερρευστής συμπεριφοράς αψηφούσαν την εξήγηση. Μέχρι τώρα…
Όταν το υγρό ήλιο-4 μετατρέπεται σε μια αξιοσημείωτη υπερρευστή κατάσταση, όταν φτάσει σε λίγες μοίρες από το απόλυτο μηδέν στην κλίμακα Κέλβιν (μείον 273 Κελσίου ή μείον 460 Φαρενάιτ). Στριφογυρίζει, κουλουριάζεται και η έλλειψη σώματος μπερδεύει τους επιστήμονες για σχεδόν έναν αιώνα. Τώρα μια ομάδα με επικεφαλής έναν φυσικό του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον, χρησιμοποιώντας τον πιο ισχυρό υπερυπολογιστή που είναι διαθέσιμος για την ανοιχτή επιστήμη, έχει δημιουργήσει μια θεωρητική εικόνα που εξηγεί τη συμπεριφορά του υπερρευστού σε πραγματικό χρόνο. Απλώς ποιος είναι ο υπεύθυνος εδώ; Δοκιμάστε υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται φερμιόνια.
Τα φεμιόνια αποτελούν ένα μεγάλο μέρος της φυσικής εξίσωσης καθώς τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια… ακριβώς όπως τα υπερρευστά είναι μέρος των άστρων νετρονίων. Περιστρέφοντας μεταξύ μίας και 1.000 φορές το δευτερόλεπτο, τα αστέρια νετρονίων - ή τα πάλσαρ - η υπερρευστή επιφάνεια δρα πολύ διαφορετικά από την αντίστοιχή τους εδώ στη Γη. Καθώς η ταχύτητα αυξάνεται, σχηματίζει μια σειρά από μικρές δίνες που ομαδοποιούνται σε ένα τριγωνικό σχέδιο… που με τη σειρά του σχηματίζει μια πλεξούδα μέσα στην υπερρευστή δομή. «Όταν φτάσετε στη σωστή ταχύτητα, θα δημιουργήσετε μια δίνη στη μέση», είπε ο Bulgac. «Και καθώς αυξάνετε την ταχύτητα, θα αυξάνετε τον αριθμό των στροβίλων. Αλλά συμβαίνει πάντα σταδιακά».
Μπορεί η επιστήμη να το αναδημιουργήσει; Ναί. Εργαστηριακά μοντέλα που χρησιμοποιούν θάλαμο κενού και δέσμη λέιζερ για να δημιουργήσουν ένα ηλεκτρικό πεδίο υψηλής έντασης κατάφεραν να παγώσουν ένα μικρό δείγμα, ίσως 1 εκατομμύριο άτομα, σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Στη συνέχεια, χρησιμοποιείται ένα «κουτάλι λέιζερ» για να ανακατεύει το υπερρευστό αρκετά γρήγορα ώστε να δημιουργηθούν δίνες.
«Προσπαθώντας να κατανοήσουν την περίεργη συμπεριφορά, οι επιστήμονες προσπάθησαν να επινοήσουν περιγραφικές εξισώσεις, όπως αυτές που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν για να περιγράψουν τη δράση του στροβιλισμού σε ένα φλιτζάνι καφέ καθώς αναδεύεται». είπε ο Bulgac. «Αλλά για να περιγράψουμε τη δράση σε ένα υπερρευστό που αποτελείται από φερμιόνια, χρειάζεται ένας σχεδόν απεριόριστος αριθμός εξισώσεων. Το καθένα περιγράφει τι συμβαίνει εάν αλλάξει μόνο μία μεταβλητή – όπως η ταχύτητα, η θερμοκρασία ή η πυκνότητα. Επειδή οι μεταβλητές συνδέονται, αν αλλάξει κάποιος, θα αλλάξουν και άλλες.»
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη διατύπωση μιας μαθηματικής υπόθεσης είναι η ποσότητα της υπολογιστικής ισχύος που θα χρειαζόταν για να επιλυθεί ένα πρόβλημα με έναν αριθμό μεταβλητών αλλαγών που έφτασαν το 1 τρισεκατομμύριο ή περισσότερο. Πώς το κατάφεραν λοιπόν; Η ομάδα χρησιμοποίησε τον υπολογιστή JaguarPF στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στο Τενεσί, έναν από τους μεγαλύτερους υπερυπολογιστές στον κόσμο, για 70 εκατομμύρια ώρες, που θα απαιτούσαν σχεδόν 8.000 χρόνια σε έναν προσωπικό υπολογιστή ενός πυρήνα (η JaguarPF έχει σχεδόν το ένα τέταρτο -εκατομμύρια πυρήνες). Απλά προσπαθήστε να το δροσίσετε!
'Αυτό σας λέει την πολυπλοκότητα αυτών των υπολογισμών και πόσο δύσκολο είναι αυτό', είπε ο Bulgac. Για να κάνουμε τα πράγματα ακόμα πιο περίπλοκα, όσο πιο γρήγορα αναδεύεται το υπερρευστό προκαλεί απώλεια των ιδιοτήτων του – αλλά όχι τόσο γρήγορα όσο υποτίθεται. «Η εργασία σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν «σε κάποιο βαθμό» να μελετήσουν τις ιδιότητες ενός αστέρα νετρονίων χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις υπολογιστή». είπε ο Bulgac. Ανοίγει επίσης νέες κατευθύνσεις έρευνας στη φυσική ψυχρού ατόμου.
Και περισσότερες εργασίες από την πλευρά μας.
Πηγή αρχικής ιστορίας: Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον .
