Gandrīz aukstākajā iespējamajā temperatūrā dzīvsudrabs (ar šķidrā hēlija palīdzību) veido stāvokli, ko sauc par supravadītspēju. Līdz šim brīdim…
Šķidrais hēlijs-4, pārnests dažās absolūtās nulles pakāpēs pēc Kelvina skalas (mīnus 273 pēc Celsija vai mīnus 460 pēc Fārenheita), pārvēršas ievērojamā superšķidruma stāvoklī. Tas virpuļo, tas lokās un ķermeņa trūkums ir satraucošs zinātniekus gandrīz gadsimtu. Tagad Vašingtonas Universitātes fiziķa vadītā komanda, izmantojot jaudīgāko superdatoru, kas pieejams atklātai zinātnei, ir sagatavojusi teorētisko ainu, kas izskaidro superfluīda uzvedību reāllaikā. Tikai kas šeit ir atbildīgā puse? Izmēģiniet subatomiskās daļiņas, ko sauc par fermioniem.
Femioni ir liela daļa no dabiskā vienādojuma kā elektroni, protoni un neitroni ... tāpat kā superšķidrumi ir neitronu zvaigžņu daļa. Rotējot no viena līdz 1000 reizēm sekundē, neitronu zvaigznes - vai pulsāri - superšķidruma virsma darbojas daudz savādāk nekā tā līdzinieks šeit uz Zemes. Palielinoties ātrumam, tas veido mazu virpuļu virkni, kas sagrupējas trīsstūrveida formā, kas savukārt veido pīti superfluidācijas struktūrā. "Kad esat sasniedzis pareizo ātrumu, jūs vidū izveidosit vienu virpuļplūsmu," sacīja Bulgacs. “Un, palielinot ātrumu, jūs palielināsit virpuļu skaitu. Bet tas vienmēr notiek pakāpeniski. ”
Vai zinātne to var atjaunot? Jā. Laboratorijas modeļiem, kas izmanto vakuuma kameru un lāzera staru, lai izveidotu augstas intensitātes elektrisko lauku, ir izdevies atdzesēt nelielu paraugu, varbūt 1 miljonu atomu, līdz temperatūrai, kas ir tuvu absolūtajai nullei. Pēc tam tiek izmantota “lāzera karote”, lai pietiekami ātri samaisītu šķidrumu, lai izveidotu virpuļus.
"Mēģinot izprast nepāra izturēšanos, zinātnieki ir mēģinājuši izstrādāt aprakstošus vienādojumus, piemēram, tādus, kurus viņi varētu izmantot, lai aprakstītu virpuļojošo darbību kafijas tasē, kad tā tiek maisa." Bulgacs teica. “Bet, lai aprakstītu darbību superfluidā, kas izgatavots no fermioniem, ir nepieciešams gandrīz neierobežots vienādojumu skaits. Katrs apraksta to, kas notiek, ja tiek mainīts tikai viens mainīgais - piemēram, ātrums, temperatūra vai blīvums. Tā kā mainīgie ir saistīti, mainoties mainīsies arī citi. ”
Viens no galvenajiem izaicinājumiem, formulējot matemātisko hipotēzi, ir skaitļošanas jaudas daudzums, kas nepieciešams, lai strādātu ar problēmu ar vairākām mainīgām izmaiņām, kas sasniedza 1 triljonu vai vairāk. Tātad, kā viņi to izdarīja? Komanda izmantoja JaguarPF datoru Oak Ridge Nacionālajā laboratorijā Tenesī, kas ir viens no lielākajiem superdatoriem pasaulē, ekvivalentam 70 miljoniem stundu, kam būtu nepieciešami gandrīz 8000 gadi viena kodola personālajā datorā (JaguarPF ir gandrīz ceturtdaļa -miljonu serdeņi). Vienkārši mēģiniet to atdzist!
"Tas jums parāda šo aprēķinu sarežģītību un to, cik grūti tas ir," sacīja Bulgacs. Lai padarītu jautājumus vēl sarežģītākus, jo ātrāk tiek sajaukts superfluīds, tas zaudē savas īpašības - bet ne tik ātri, kā tiek pieņemts. "Šis darbs nozīmē, ka pētnieki var" zināmā mērā "izpētīt neitronu zvaigznes īpašības, izmantojot datorsimulācijas." Bulgacs teica. . "Tas paver arī jaunus pētījumu virzienus aukstā atoma fizikā."
Un vēl citi mājasdarbi no mūsu puses.
Oriģināls stāsta avots: Vašingtonas Universitāte.
