Jak możemy przeczytać w najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Science, badacze byli w stanie zarejestrować dźwięk poruszającego się w objętości nadcieczy ciepła. Wszystko bowiem wskazuje na to, że w pewnych określonych warunkach ciepło zachowuje się jak fala, która porusza się na zmianę w obu kierunkach. Choć trudno sobie to wyobrazić, ciepło zachowuje się niczym fala dźwiękowa, która została wyemitowana przez nadajnik, a następnie odbija się od ścian pomieszczenia. Nikt się jednak nie spodziewał tego, że dźwięk ciepła da się usłyszeć.
W swojej pracy fizycy z Massachusetts Institute of Technology szczegółowo opisali swój eksperyment, w którym dowiedli, że ciepło porusza się falami w objętości nadcieczy, na wiele sposobów przypominając fale dźwiękowe. Warto tutaj podkreślić, że ruch fal ciepła jest całkowicie niezależny od ruchu cząstek tejże nadcieczy.
Czytaj także: Dotykasz nadciekłego helu dłonią. Co poczujesz?
To, co udało się zarejestrować przypomina sytuację, w której podgrzewalibyśmy tylko jedną część zbiornika starając się doprowadzić do wrzenia tylko część objętości cieczy. W takim przypadku – jakby nie patrzeć – ciepło rozchodziłoby się w całej objętości cieczy, choć mogłoby się wydawać, że ciecz w ogóle się nie przemieszcza.
W ramach swojego eksperymentu zespół fizyków z MIT starał się zarejestrować dźwięk ciepła rozchodzącego się w nadcieczy. Od dawna było wiadomo, że teoretycznie jest to możliwe. Problemem jednak było udowodnienie tego w ramach praktycznego eksperymentu.
Aby jednak tego dokonać, naukowcy musieli schłodzić chmurę atomów do bardzo niskiej temperatury, przy której atomy tworzące ciecz, zaczynają się poruszać całkowicie bez tarcia. Teoria mówi, że w takiej sytuacji dokładnie tak samo będzie poruszało się w ten sam sposób. Jak dotąd jednak nikomu nie udało się tego potwierdzić eksperymentalnie. Teraz jednak sytuacja się zmieniła. Badaczom w końcu udało się zebrać dowody eksperymentalne na takie zachowanie ciepła. Dane te mogą się teraz przydać do badania zachowania ciepła w nadcieczach, ale także w nadprzewodnikach.
Czytaj także: Stworzono nowy stan materii. Fizycy nigdy czegoś takiego nie widzieli
Jeszcze przed rozpoczęciem badań, zespół fizyków doszedł do wniosku, że o ile w cieczach ciepło powinno rozchodzić się w standardowy sposób, o tyle w nadcieczach powinno rozchodzić się jak fala dźwiękowa. Udało się te założenia potwierdzić dzięki wykorzystaniu nowatorskiej metody obrazowania, tzw. mapowania ciepła.
Standardowo badając rozchodzenie się ciepła w materiałach wykorzystuje się detektory podczerwieni. Tutaj jednak ta metoda nic by nie dała. Autorzy eksperymentu postanowili monitorować zmiany ciepła w nadcieczy na częstotliwościach radiowych. Skąd taki pomysł? Otóż fermiony litu-6 rezonują na różnych częstotliwościach radiowych w zależności od temperatury. W wyższych temperaturach, gdy zwykłej cieczy było więcej, rezonans zachodził z wyższą częstotliwością. Z kolei tam, gdzie temperatura była niższa, także i częstotliwość rezonansu okazywała się obniżona. Śledząc to zjawisko, wyodrębnili ruch ciepła, który – jak się okazało – przypominał ruch fal dźwiękowych.