При почти самой холодной температуре - ртути (с помощью жидкого гелия) - образуется состояние, называемое сверхпроводимостью. До настоящего времени…
Если принять его в пределах нескольких градусов от абсолютного нуля по шкале Кельвина (минус 273 по Цельсию или минус 460 по Фаренгейту), жидкий гелий-4 превращается в замечательное сверхтекучее состояние. Он кружится, скручивается, и отсутствие тела уводит ученых в тупик уже почти сто лет. Теперь команда во главе с физиком из Вашингтонского университета, использующая самый мощный суперкомпьютер, доступный для открытой науки, создала теоретическую картину, которая объясняет поведение сверхтекучей жидкости в реальном времени. Кто здесь ответственная сторона? Попробуйте субатомные частицы, называемые фермионами.
Femions являются частью естественного уравнения, так как электроны, протоны и нейтроны ... так же, как сверхтекучие жидкости являются частью нейтронных звезд. Вращаясь между 1 и 1000 раз в секунду, нейтронные звезды - или пульсары - сверхтекучая поверхность действует значительно иначе, чем ее аналог на Земле. По мере увеличения скорости он образует серию небольших вихрей, которые группируются в треугольный узор ... который, в свою очередь, образует оплетку внутри сверхтекучей структуры. «Когда вы достигнете правильной скорости, вы создадите один вихрь в середине», - сказал Булгак. «И по мере увеличения скорости вы будете увеличивать количество вихрей. Но это всегда происходит поэтапно ».
Может ли наука воссоздать это? Да. Лабораторным моделям, использующим вакуумную камеру и лазерный луч для создания мощного электрического поля, удалось охладить небольшой образец, возможно, 1 миллион атомов, до температур, близких к абсолютному нулю. Затем «лазерная ложка» используется для достаточно быстрого перемешивания сверхтекучей жидкости, чтобы создать вихри.
«Пытаясь понять странное поведение, ученые попытались разработать описательные уравнения, например, те, которые они могли бы использовать для описания закрученного действия в чашке кофе при ее перемешивании». Булгак сказал. «Но чтобы описать действие в сверхтекучей жидкости из фермионов, необходимо почти неограниченное число уравнений. Каждый описывает, что происходит, если изменяется только одна переменная - например, скорость, температура или плотность. Потому что переменные связаны, если один из них изменится, другие тоже изменятся ».
Одной из основных проблем при формулировании математической гипотезы является количество вычислительной мощности, которое потребуется для решения проблемы с рядом изменений переменных, которые достигли 1 триллиона и более. Так как они это сделали? Команда использовала компьютер JaguarPF в Национальной лаборатории Ок-Риджа в Теннесси, одном из крупнейших суперкомпьютеров в мире, для эквивалента 70 миллионов часов, что потребовало бы почти 8000 лет на одноядерном персональном компьютере (JaguarPF имеет почти четверть -миллион ядер). Просто попробуй это охладить!
«Это говорит вам о сложности этих расчетов и о том, насколько это сложно», - сказал Булгак. Чтобы сделать дело еще более сложным, чем быстрее перемешивается сверхтекучая жидкость, тем он теряет свои свойства - но не так быстро, как предполагалось. «Работа означает, что исследователи могут« до некоторой степени »изучать свойства нейтронной звезды с помощью компьютерного моделирования». Булгак сказал. «Это также открывает новые направления исследований в физике холодных атомов».
И еще домашнее задание с нашей стороны.
Оригинальная история Источник: Университет Вашингтона.
