نرصد في هذه الزاوية خلال شهر رمضان المبارك، أخبار مذهلة عن الكون، كما يراها علماء الفيزياء، وسنعمل على نقل أخبار جديدة عن غرائب الفيزياء. ليس الغرض الحديث عن نظريات فيزيائية، لأن هذا ليس موضوع قراء صحيفة يومية، ولكن ننقل ما تتيحه الفيزياء للقارئ غير العارف بالفيزياء.
في عالم المواد اليومية المتوسطة، تميل الحرارة إلى الانتشار من مصدر محلي أسقط قطعة فحم مشتعلة في وعاء من الماء، وسوف ترتفع درجة حرارة هذا السائل ببطء قبل أن تتبدد حرارته في النهاية. لكن العالم مليء بالمواد النادرة والغريبة التي لا تتوافق تمامًا مع هذه القواعد الحرارية.
بدلًا من الانتشار كما هو متوقع، فإن هذه الغازات الكمومية فائقة السيولة “تسخن” جنبًا إلى جنب، وتنتشر بشكل أساسي كموجة. يطلق العلماء على هذا السلوك اسم “الصوت الثاني” للمادة (الصوت الأول هو الصوت العادي عبر موجة الكثافة). وعلى الرغم من أن هذه الظاهرة قد تمت ملاحظتها من قبل، إلا أنه لم يتم تصويرها مطلقًا. لكن مؤخرًا، تمكن العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) أخيرًا من التقاط حركة الحرارة النقية من خلال تطوير طريقة جديدة للتصوير الحراري (المعروف أيضًا باسم رسم الخرائط الحرارية).
نُشرت نتائج هذه الدراسة الأسبوع الماضي في مجلة Science، وفي بيان صحفي جامعي يسلط الضوء على الإنجاز، واصل ريتشارد فليتشر، الأستاذ المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف المشارك، تشبيه الوعاء المغلي لوصف الغرابة المتأصلة في “الصوت الثاني” في هذه السوائل الزائدة الغريبة.
قال فليتشر: “يبدو الأمر كما لو كان لديك خزان ماء وجعل نصفه يغلي تقريبًا”. “إذا شاهدت بعد ذلك، فقد يبدو الماء نفسه هادئًا تمامًا، ولكن فجأة يصبح الجانب الآخر ساخنًا، ومن ثم يصبح الجانب الآخر ساخنًا، وتتحرك الحرارة ذهابًا وإيابًا، بينما يبدو الماء ساكنًا تمامًا.”
يتم إنشاء هذه السوائل الفائقة عندما تتعرض سحابة من الذرات لدرجات حرارة شديدة البرودة تقترب من الصفر المطلق (−459.67 درجة فهرنهايت). في هذه الحالة النادرة، تتصرف الذرات بشكل مختلف، حيث أنها تخلق سائلًا خاليًا من الاحتكاك. وفي هذه الحالة الخالية من الاحتكاك، يُعتقد أن الحرارة تنتشر مثل الموجة.
وقال المؤلف الرئيسي مارتن زويرلاين في بيان صحفي: “الصوت الثاني هو السمة المميزة للسيولة الفائقة، ولكن في الغازات فائقة البرودة حتى الآن لا يمكنك رؤيته إلا في هذا الانعكاس الخافت لتموجات الكثافة المصاحبة له”. “لم يكن من الممكن إثبات طبيعة الموجة الحارة من قبل.”
لالتقاط هذا الصوت الثاني أخيرًا أثناء العمل، كان على زويرلاين وفريقه التفكير خارج الصندوق الحراري المعتاد، حيث توجد مشكلة كبيرة عند محاولة تتبع حرارة جسم فائق البرودة – فهو لا ينبعث من الأشعة تحت الحمراء المعتادة. لذلك، صمم علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة للاستفادة من الترددات الراديوية لتتبع بعض الجسيمات دون الذرية المعروفة باسم “فرميونات الليثيوم 6″، والتي يمكن التقاطها عبر ترددات مختلفة فيما يتعلق بدرجة حرارتها (أي أن درجات الحرارة الأكثر دفئًا تعني ترددات أعلى، والعكس صحيح). سمحت هذه التقنية الجديدة للباحثين بالتركيز بشكل أساسي على الترددات “الأكثر سخونة” (والتي كانت لا تزال شديدة البرودة) وتتبع الموجة الثانية الناتجة مع مرور الوقت.
ففي النهاية، متى كانت آخر مرة واجهت فيها غازًا كميًا فائق السيولة؟ لكن اسأل عالم المواد أو عالم الفلك، وستحصل على إجابة مختلفة تمامًا.
في حين أن السوائل الفائقة الغريبة قد لا تملأ حياتنا (حتى الآن)، فإن فهم خصائص حركة الموجة الثانية يمكن أن يساعد في حل الأسئلة المتعلقة بالموصلات الفائقة عالية الحرارة (مرة أخرى، عند درجات حرارة منخفضة جدًا) أو الفيزياء الفوضوية التي تكمن في قلب النجوم النيوترونية.
