ที่อุณหภูมิเย็นจัดเกือบจะเป็นไปได้ - ปรอท (ด้วยความช่วยเหลือของฮีเลียมเหลว) - ก่อให้เกิดสถานะที่เรียกว่าตัวนำยิ่งยวด จนถึงตอนนี้…
เมื่อนำไปสู่ภายในศูนย์องศาสัมบูรณ์ในระดับเคลวิน (ลบ 273 องศาเซลเซียสหรือลบ 460 ฟาเรนไฮต์) ฮีเลียม -4 จะกลายเป็นสถานะ superfluid ที่น่าทึ่ง มันหมุนวนขดตัวและไม่มีร่างกายทำให้นักวิทยาศาสตร์งุนงงมาเกือบศตวรรษ ตอนนี้ทีมนำโดยนักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยวอชิงตันโดยใช้ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดสำหรับวิทยาศาสตร์เปิดได้สร้างภาพเชิงทฤษฎีซึ่งอธิบายพฤติกรรมตามเวลาจริงของ superfluid ใครเป็นผู้รับผิดชอบที่นี่? ลองอนุภาคย่อยที่เรียกว่าเฟอร์มิออน
Femions เป็นส่วนหนึ่งของสมการทางธรรมชาติเช่นอิเล็กตรอนโปรตอนและนิวตรอน ... เช่นเดียวกับซุปเปอร์ฟลูอิดเป็นส่วนหนึ่งของดาวนิวตรอน การหมุนระหว่างหนึ่งถึง 1,000 เท่าต่อวินาทีดาวนิวตรอน - หรือพัลซาร์ - พื้นผิวซุปเปอร์ฟลูอิดทำหน้าที่แตกต่างจากที่นี่บนโลกมาก เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นมันจะก่อตัวเป็นชุด vortices ขนาดเล็กซึ่งจัดกลุ่มในรูปแบบสามเหลี่ยม ... ซึ่งในรูปแบบการถักเปียภายในโครงสร้าง superfluid “ เมื่อคุณมาถึงความเร็วที่ถูกต้องคุณจะสร้างกระแสน้ำวนหนึ่งอันตรงกลาง” Bulgac กล่าว “ และเมื่อคุณเพิ่มความเร็วคุณจะเพิ่มจำนวน vortices แต่มันมักจะเกิดขึ้นในขั้นตอน”
วิทยาศาสตร์สามารถสร้างใหม่ได้หรือไม่? ใช่. แบบจำลองห้องปฏิบัติการที่ใช้ห้องสูญญากาศและลำแสงเลเซอร์เพื่อสร้างสนามไฟฟ้าความเข้มสูงได้ทำการทดสอบตัวอย่างขนาดเล็กอาจจะเป็น 1 ล้านอะตอมจนถึงอุณหภูมิใกล้ศูนย์แน่นอน จากนั้นมีการใช้ "ช้อนเลเซอร์" เพื่อกระตุ้นให้ซุปเปอร์ฟลูอิดเร็วพอที่จะสร้างกระแสลม
“ ในการพยายามทำความเข้าใจกับพฤติกรรมแปลก ๆ นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะสร้างสมการเชิงพรรณนาเช่นที่พวกเขาอาจใช้เพื่ออธิบายการกระทำที่หมุนวนในกาแฟหนึ่งถ้วยเมื่อถูกกวน” Bulgac กล่าว “ แต่เพื่ออธิบายการกระทำใน superfluid ที่ทำจากเฟอร์มิออนจำเป็นต้องใช้สมการจำนวนมากที่ไร้ขีด จำกัด แต่ละคนอธิบายว่าเกิดอะไรขึ้นหากมีการเปลี่ยนแปลงเพียงตัวแปรเดียวเช่นความเร็วอุณหภูมิหรือความหนาแน่น เพราะตัวแปรเชื่อมโยงกันหากมีการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ก็จะเปลี่ยนแปลงเช่นกัน”
หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญในการกำหนดสมมติฐานทางคณิตศาสตร์คือจำนวนพลังการคำนวณที่ต้องใช้ในการทำงานผ่านปัญหาที่มีการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรจำนวนมากถึง 1 ล้านล้านหรือมากกว่านั้น แล้วพวกเขาทำได้อย่างไร ทีมใช้คอมพิวเตอร์ JaguarPF ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge ในรัฐเทนเนสซีหนึ่งในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกเทียบเท่ากับ 70 ล้านชั่วโมงซึ่งต้องใช้เวลาเกือบ 8,000 ปีในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแบบแกนเดียว (JaguarPF มีเกือบหนึ่งในสี่ ล้านแกน) แค่ลองทำแบบนั้นให้เย็น!
“ สิ่งนี้จะบอกคุณถึงความซับซ้อนของการคำนวณเหล่านี้และมันยากแค่ไหน” Bulgac กล่าว ในการทำให้เรื่องซับซ้อนยิ่งขึ้น Superfluid ที่เร็วขึ้นจะกวนทำให้มันสูญเสียคุณสมบัติของมัน แต่ไม่เร็วเท่าที่ตั้งสมมติฐานไว้ “ งานนี้หมายความว่านักวิจัยสามารถศึกษาคุณสมบัติของดาวนิวตรอนโดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์” Bulgac กล่าว “ มันยังเปิดทิศทางใหม่ของการวิจัยในฟิสิกส์ของอะตอมเย็น”
และทำการบ้านเพิ่มเติมในส่วนของเรา
แหล่งกำเนิดเรื่องราวดั้งเดิม: มหาวิทยาลัยวอชิงตัน
