一杯熱巧克力在寒冷的房間裡放置一段時間不會讓你的肚子暖和起來。
但新的研究表明,如果放在一個更冷、幾乎完全沒有熱量的房間裡,你的一杯美味可可很快就會再次變熱。
美國麻省理工學院和澳洲斯威本科技大學的研究人員發現了一種奇怪的熱力學現象,即熱浪反彈。。
雖然它無論如何都不是保持飲料滾燙的實用方法,但它確實告訴我們一些關於能量通過奇異材料(例如本實驗中研究的超流量子氣體)運動的信息。
“我們的氣體比空氣薄一百萬倍,與高溫超導體中的電子行為,甚至超緻密中子星中的中子之間存在著密切的聯繫。”說麻省理工學院物理學家馬丁·茲維爾萊因。
“現在我們可以原始地探測我們系統的溫度響應,這教會我們一些非常難以理解甚至達到的事情。”
Zwierlein 的「一股氣體」由一種鋰同位素組成,被困在一個由光製成的牆壁的房間裡,並被冷卻到絕對零的範圍內。 在這些條件下,更微妙的原子力和量子行為的推動和刺激通常會被熱能的碰撞所壓倒,並產生所謂的“費米氣體。
在這些條件下,原子能夠進行一些奇怪的活動。 例如,他們可以表現得像超流體– 零黏度流動的材料。
超流理論背後的物理學家之一,列夫·蘭道,推斷冷卻到這種狀態的氦 II 液體將保留黏性成分,因此由兩種流體組成,一種是「超級」流體,一種是「正常」流體。
研究表明,這兩種流體可以攜帶自己的能量波,產生所謂的第二聲音。英國劍橋大學和牛津大學的物理學家證明,熱波和聲波可以以不同的方式穿過量子霧。,就好像誰都不知道對方的旅程一樣。
儘管在第二個聲音中清楚地觀察到了熱的波浪行為,但尚未對其進行任何真正的細節研究。
「第二個聲音是超流動性的標誌,但到目前為止,在超冷氣體中,你只能在隨之而來的密度波紋的微弱反射中看到它,」說兩個小傢伙。
“熱浪的性質以前無法得到證實。”
為了確定這種熱能流的性質,團隊設計了一種熱圖繪製方法,該方法可以捕獲穿過由鋰 6 同位素構成的費米氣體的熱能所特有的輻射頻率。 這使得他們能夠繪製出熱通過雙流體系統傳播時的動態圖。
在更多的環境條件下,水等流體中的粒子會與熱能發生碰撞,每次碰撞時都會與鄰居分享熱量,而鄰居會與鄰居分享一部分能量,依此類推。 這會導致熱量從溫暖的區域消散並穿過系統,直到一切達到平衡。
超流體有自己的規則。 熱能不是透過混亂嗡嗡作響的原子雲擴散,而是以更有序的波浪方式傳播,在其容器的範圍內來回「晃動」。
了解極端條件下材料中熱能的動態可能會產生更好的模型,用於改進超導技術或理論化超導技術。
畢竟,它甚至可能幫助我們找到一種讓可可保持更長時間熱度的方法。
這項研究發表於科學。