A második hang létezik!
A Massachusetts Institute of Technology (MIT) kutatói először készítettek közvetlen, képalkotó felvételt arról a különleges jelenségről, amit a fizikusok csak „második hangnak” neveznek.Ez a hőhullám nem hallható hang, hanem a hő terjedésének egy sajátos, hullámszerű formája, amely elsősorban szuperfolyékony anyagokban – például ultrahideg kvantumgázokban – figyelhető meg. Korábban a jelenséget csak közvetett módon tudták kimutatni, most azonban sikerült vizuálisan is lekövetni.
De mit is takar ez a furcsán csengő „második hang”? A szilárd és folyékony anyagok többségében a hő diffúz módon terjed – tehát lassan és szétoszolva –, míg szuperfolyékony rendszerekben a hő képes hullámként is végigfutni az anyagon. Ez a dinamikus terjedési forma kapta a „második hang” elnevezést, és ez volt az, amit a tudósok most először rögzítettek képi formában is.
Egy újabb magyar zseni
A jelenség értelmezésének egyik kulcsfigurája Tisza László volt, a kiváló magyar fizikus, aki már a 20. század közepén rámutatott a szuperfolyékony hélium különleges tulajdonságaira. Ő alkotta meg a kétfolyadék-modellt, amelyben elkülönül egy mozdulatlan, kondenzált rész, valamint egy aktív, mozgó komponens. Tisza munkásságának egyik központi felismerése volt, hogy a hő a szuperfolyadékban nem klasszikus módon, hanem hullámszerűen is képes terjedni – ezt a mechanizmust hívjuk ma „második hangnak”.
A jelenség szorosan kapcsolódik a Bose–Einstein-kondenzációhoz is, amely során a részecskék egy kvantumállapotba kerülnek, létrehozva egy olyan fluidumot, amelynek viszkozitása gyakorlatilag nulla.
A MIT új módszere: hő mint hullám
Az MIT kutatócsoportja most rádiófrekvenciás technológiával követte nyomon a hő terjedését egy ultrahideg lítium-6 gázban. A különböző frekvenciák alapján sikerült megfigyelni, miként alakul ki a hőhullám – a „második hang” –, amely különböző hőmérsékleti tartományokban másként jelenik meg. Ez áttörést jelent, mivel most először sikerült térben és időben is leképezni ezt a jelenséget, amely korábban csupán elméleti modellekben és közvetett mérésekben létezett.
A kísérlet során az anyagot extrém alacsony – az abszolút nulla fokhoz közeli – hőmérsékletre hűtötték, és ekkor figyelték meg, hogy a hő nem egyenletesen, hanem pulzáló hullámként mozog a gázon belül, miközben az egész rendszer kívülről nyugalomban lévőnek tűnik.
Miért fontos ez?
Bár a legtöbb ember nem találkozik nap mint nap szuperfolyadékokkal, a felfedezés messzemenő hatással lehet az anyagtudományra és az asztrofizikára. A „második hang” jelenségének megértése új lehetőségeket nyithat meg a magashőmérsékletű szupravezetők kutatásában, valamint segítheti a neutroncsillagok belső dinamikájának feltérképezését is.
Richard Fletcher, az MIT vezető kutatója így írta le a folyamatot: képzeljünk el egy nyugodt vízfelületet, amely alatt a hő folyamatosan hullámzik – anélkül, hogy ezt kívülről látnánk. Ez jól példázza a szuperfolyékony rendszerek szokatlan viselkedését, amelyek az anyag kvantumállapotaiban mutatják meg valódi különlegességüket.
