Lähes kylmässä mahdollisessa lämpötilassa - elohopea (nestemäisen heliumin avulla) - muodostaa tilan, jota kutsutaan suprajohtavuudeksi. Tähän asti…
Kun se otetaan muutaman asteen absoluuttiseen nollaan Kelvin-asteikolla (miinus 273 Celsius tai miinus 460 Fahrenheit), nestemäinen helium-4 muuttuu huomattavaksi ylijäämäiseksi tilaksi. Se pyörii, kiharu ja kehon puute on hämmentänyt tutkijoita lähes vuosisadan ajan. Nyt Washingtonin yliopiston fyysikon johtama ryhmä on käyttänyt tehokkainta avointa tiedettä varten käytettävissä olevaa supertietokonetta ja keittänyt teoreettisen kuvan, joka selittää supernesteen reaaliaikaisen käyttäytymisen. Kuka on täällä vastuussa oleva osapuoli? Kokeile subatomisia hiukkasia, joita kutsutaan fermioneiksi.
Femionit ovat paljon osa luonnollista yhtälöä elektronina, protoneina ja neutroneina ... aivan kuten supernesteet ovat osa neutronitähtiä. Yli 1 000 kertaa sekunnissa pyörivät neutronitähdet - tai pulsarit - supernestepinta toimii paljon eri tavalla kuin sen vastine täällä maapallolla. Nopeuden kasvaessa se muodostaa sarjan pieniä pyörteitä, jotka ryhmittyvät kolmion muotoon… mikä puolestaan muodostaa punoksen supernesteen rakenteeseen. "Kun saavutat oikean nopeuden, luot yhden pyörän keskelle", Bulgac sanoi. ”Ja kun lisäät nopeutta, lisäät pyörteiden määrää. Mutta se tapahtuu aina vaiheittain. ”
Voiko tiede luoda sen uudelleen? Joo. Laboratoriomallit, joissa tyhjiökammio ja lasersäde luovat voimakkaan sähkökentän, ovat onnistuneet jäähdyttämään pienen näytteen, ehkä miljoonan atomin, lämpötilaan lähellä absoluuttista nollaa. Sitten käytetään ”lasersuskaa” sekoittamaan superneste riittävän nopeasti pyörteiden luomiseksi.
"Yrittäessään ymmärtää outoa käyttäytymistä, tutkijat ovat yrittäneet laatia kuvaavia yhtälöitä, kuten sellaisia, joita he voivat käyttää kuvaamaan kahvikupin pyörrettävää toimintaa sekoittaen." Bulgac sanoi. ”Mutta toiminnan kuvaamiseksi fermioneista valmistetussa supernesteessä tarvitaan melkein rajaton määrä yhtälöitä. Jokainen kuvaa mitä tapahtuu, jos vain yhtä muuttujaa - kuten nopeutta, lämpötilaa tai tiheyttä - muutetaan. Koska muuttujat ovat linkitettyinä, muuttuu myös muut, jos muutokset muuttuvat. "
Yksi suurimmista haasteista matemaattisen hypoteesin muodostamisessa on laskentatehon määrä, joka tarvittaisiin selviytymään ongelmasta, jolla on useita muuttuvia muutoksia, jotka saavuttivat 1 biljoonaa tai enemmän. Joten miten he tekivät sen? Ryhmä käytti JaguarPF-tietokonetta Tennissee Oak Ridge National Laboratoryssa, joka on yksi maailman suurimmista supertietokoneista, vastaavasti 70 miljoonaa tuntia, mikä vaatisi melkein 8000 vuotta yhden ytimen tietokoneella (JaguarPF: llä on lähes neljäsosa) -miljoona ydin). Yritä vain jäähdyttää se!
"Tämä kertoo sinulle näiden laskelmien monimutkaisuuden ja kuinka vaikea tämä on", Bulgac sanoi. Jotta asiat olisivat vieläkin monimutkaisempia, sitä nopeammin superneste sekoitetaan, että se menettää ominaisuutensa - mutta ei niin nopeasti kuin oletetaan. "Työ tarkoittaa, että tutkijat voivat" jossain määrin "tutkia neutronitähteen ominaisuuksia tietokonesimulaatioilla." Bulgac sanoi. . "Se avaa myös uusia tutkimussuuntia kylmäatomifysiikassa."
Ja lisää kotitehtäviä omalta osaltamme.
Alkuperäinen tarinan lähde: Washingtonin yliopisto.
