في أبرد درجة حرارة ممكنة تقريبًا - الزئبق (بمساعدة الهيليوم السائل) - يشكل حالة تسمى الموصلية الفائقة. في أقصى الحدود ، تتدفق الإلكترونات دون عوائق عبر ما يعرف بالسائل الفائق. لكن أسباب وأسباب سلوك السوائل الفائقة تتحدى التفسير. الى الآن…
عند أخذها ضمن درجات قليلة من الصفر المطلق على مقياس كلفن (ناقص 273 درجة مئوية أو ناقص 460 فهرنهايت) ، يتحول الهيليوم 4 السائل إلى حالة السوائل الفائقة الرائعة. إنه يدور ، يتجعد ، وقد كان نقص الجسم محيرًا للعلماء منذ ما يقرب من قرن. الآن قام فريق بقيادة عالم فيزياء من جامعة واشنطن ، باستخدام أقوى حاسوب عملاق متاح للعلم المفتوح ، بإعداد صورة نظرية تشرح سلوك السائل الفائق في الوقت الحقيقي. فقط من هو المسؤول هنا؟ جرب جسيمات دون ذرية تسمى الفرميونات.
تعد الأنوثة جزءًا كبيرًا من المعادلة الطبيعية مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات ... تمامًا مثل السوائل الفائقة جزء من النجوم النيوترونية. تعمل النجوم النيوترونية - أو النجوم النابضة - التي تدور ما بين مرة إلى 1000 مرة في الثانية ، بشكل مختلف كثيرًا عن نظيرتها هنا على الأرض. مع زيادة السرعة ، فإنها تشكل سلسلة من الدوامات الصغيرة التي تتجمع في نمط مثلثي ... والتي بدورها تشكل جديلة داخل بنية السوائل الفائقة. قال بولجاك: 'عندما تصل إلى السرعة الصحيحة ، ستنشئ دوامة واحدة في المنتصف'. 'وكلما زادت السرعة ، ستزيد عدد الدوامات. لكنه يحدث دائمًا في خطوات '.
هل يمكن للعلم إعادة إنشائها؟ نعم فعلا. النماذج المختبرية التي تستخدم غرفة مفرغة وشعاع ليزر لإنشاء مجال كهربائي عالي الكثافة تمكنت من تبريد عينة صغيرة ، ربما مليون ذرة ، إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. ثم يتم استخدام 'ملعقة ليزر' لتحريك السائل الفائق بسرعة كافية لتكوين دوامات.
'في محاولة لفهم السلوك الغريب ، حاول العلماء ابتكار معادلات وصفية ، مثل المعادلات التي قد يستخدمونها لوصف حركة الدوران في فنجان من القهوة أثناء تقليبها.' قال بولجاك. “ولكن لوصف الفعل في السائل الفائق المصنوع من الفرميونات ، هناك حاجة إلى عدد غير محدود تقريبًا من المعادلات. يصف كل منها ما يحدث إذا تم تغيير متغير واحد فقط - مثل السرعة أو درجة الحرارة أو الكثافة. لأن المتغيرات مرتبطة ببعضها البعض ، إذا تغير أحدها فسيتغير الآخرون أيضًا '.
أحد التحديات الرئيسية في صياغة فرضية رياضية هو مقدار القوة الحاسوبية التي ستستغرقها لحل مشكلة مع عدد من التغييرات المتغيرة التي وصلت إلى 1 تريليون أو أكثر. اذا،، كيف يفعلون ذلك؟ استخدم الفريق كمبيوتر JaguarPF في مختبر أوك ريدج الوطني في ولاية تينيسي ، أحد أكبر أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم ، لما يعادل 70 مليون ساعة ، الأمر الذي يتطلب ما يقرب من 8000 عام على جهاز كمبيوتر شخصي أحادي النواة (تمتلك JaguarPF ربعًا تقريبًا -ملايين النوى). فقط حاول تبريد ذلك!
قال بولجاك: 'هذا يخبرك بمدى تعقيد هذه الحسابات ومدى صعوبة ذلك'. لجعل الأمور أكثر تعقيدًا ، كلما تم تقليب السائل الفائق بشكل أسرع مما يؤدي إلى فقدانه لخصائصه - ولكن ليس بالسرعة المفترضة. 'يعني العمل أنه يمكن للباحثين' إلى حد ما 'دراسة خصائص النجم النيوتروني باستخدام المحاكاة الحاسوبية.' قال بولجاك. . 'كما أنه يفتح اتجاهات جديدة للبحث في فيزياء الذرة الباردة.'
والمزيد من الواجبات المنزلية من جانبنا.
مصدر القصة الأصلي: جامعة واشنطن .