Любое вещество, способное принимать форму сосуда, в котором оно заключено, может считаться жидкостью (даже газ и плазма). В 2017 году французский ученый Марк Антуан Фардин получил Шнобелевскую премию по физике за исследование того, может ли кошка считаться жидкостью.
Физики впервые записали звук «идеальной» жидкости
Физики впервые зарегистрировали звуковые волны, возникающие в идеальной жидкости. Это может помочь исследователям изучать экстремальные условия, такие как сверхплотные недра нейтронных звезд и поведение кварк-глюонного плазменного «супа», заполнившего Вселенную сразу после Большого взрыва.
MIT
Вы можете прямо сейчас послушать эти звуки
Все три жидких состояния испытывают трение в своих слоях; чем больше трение, тем вязкость жидкости.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые создали идеальную жидкость, используя ферми-газ. Ферми-газ – особое состояние вещества, в котором частицы имеют малую массу и высокую концентрацию. Кварк-глюонная плазма и сверхплотные нейтронные звезды — это тоже ферми-газ.
Фермионы (частицы) почти не взаимодействуют друг с другом, но их можно заставить это делать. Когда они взаимодействуют, жидкость имеет крайне низкую вязкость с минимально возможным трением, что, согласно квантовой механике, близко к идеальной жидкости.
Исследователи использовали атомы лития-6, помещенные в трубу. Систему охладили до температуры ниже 500 нанокельвинов (-273,15 градусов по Цельсию). Газ удерживали внутри трубы с помощью лазеров: если атом перемещался к одному из открытых концов, свет лазера его отражал.
Чтобы создать звуковые волны, ученые меняли яркость лазерного излучения. В зависимости от интенсивности излучения через газ проходили вибрации, похожие на различные типы звуковых волн. Ученые записали их в виде многих тысяч изображений – подобно ультразвуковой технологии.
Это позволило им обнаружить в жидкости рябь, аналогичную звуковой волне. В частности, они искали акустические резонансы – усиление звуковой волны, возникающее, когда частота звуковой волны совпадает с частотой естественной вибрации среды.
Ученые обнаружили в газе четкие резонансы – их распределение дало возможность рассчитать распространение звука в полученной идеальной жидкости. Такой же результат получается при теоретическом расчете, исходя из массы атомов и постоянной Планка. Это указывает на то, что ученые создали именно идеальную жидкость.
Состояние материи внутри нейтронных звезд близко к идеальной жидкости. Теперь с помощью созданной модели исследователи попытаются оценить коэффициент диффузии при распространении волн внутри нейтронных звезд, что, в свою очередь, могло бы помочь пониманию механизма образования гравитационных волн, генерируемых при слиянии нейтронных звезд.