麻省理工學院的物理學家首次捕捉到了“第二聲音”的直接圖像，即熱量在超流體中來回晃動的運動。 研究結果將擴大科學家對超導體和中子星熱流的理解。來源：Jose-Luis，麻省理工學院
麻省理工學院的第二秒聲學可視化為理解超流體中熱的波狀行為及其對各種物質狀態的影響開辟了新途徑，擴大了科學家對超導體和中子星熱流的理解。
新圖像揭示了熱量如何像波浪一樣來回“晃動”，盡管材料的物理物質可能以完全不同的方式移動。 這些圖像捕捉到熱的純粹運動，與材料顆粒無關。
“這就像你有一箱水，其中一半幾乎沸騰了，”助理教授理查德·弗萊徹說。 “如果你再看，水本身可能看起來完全靜止，但突然另一側變熱，然后另一側又變熱，熱量來回流動，而水看起來完全靜止?！?span style="display:none">Th6物理好資源網(原物理ok網)
由 -Frank 物理學教授 領導的研究小組在超流體中可視化了第二秒的聲音。 超流體是一種特殊的物質狀態，當一團原子被冷卻到極低的溫度時就會出現這種狀態，此時原子開始像完全無摩擦的流體一樣流動。 在這種超流體狀態下，理論家預測熱量也應該像波一樣流動，盡管科學家直到現在還無法直接觀察到這種現象。
簡單動畫中描繪的第一種聲音是密度波形式的普通聲音，其中普通流體和超流體一起振蕩。圖片來源：研究人員提供
第二個聲音是熱量的運動，超流體和普通流體在保持相同密度的同時互相“撞擊”。圖片來源：研究人員提供
最近發表在《科學》雜志上的新結果將幫助物理學家更全面地了解超流體和其他相關材料（包括超導體和中子星）中的熱量如何流動。
“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，甚至超高密度中子星中的中子行為之間存在著緊密的聯系，”說。 “現在我們可以純粹地探測我們系統的溫度響應，這讓我們了解到一些難以理解甚至難以訪問的東西。”
該研究的共同作者包括第一作者嚴振杰（前物理學研究生）、帕斯·帕特爾（前物理學研究生）和澳大利亞墨爾本斯威本科技大學的克里斯·維爾（Chris Vale）。 麻省理工學院的研究人員是麻省理工學院-哈佛大學超冷原子中心 (CUA) 的成員。
當原子云冷卻到接近絕對零的溫度時，它們會轉變為稀有的物質狀態。 麻省理工學院的一個研究小組正在探索超冷原子之間發生的奇怪現象，特別是費米子——通常會相互避開的粒子，比如電子。
然而，在某些條件下，費米子可以強烈相互作用并配對。 在這種耦合狀態下，費米子可以以非常規的方式流動。 在最新的實驗中，研究小組捕獲了費米子鋰 6 原子，捕獲它們并將它們冷卻到納開爾文溫度。
1938年，物理學家László Tisza提出了超流體的雙流體模型——超流體實際上是普通粘性流體和無摩擦超流體的混合物。 這種兩種流體的混合物可以產生兩種類型的聲音，普通密度波和特殊溫度波，物理學家列夫·蘭道后來將其命名為“第二聲音”。
由于流體在某個臨界超冷溫度下轉變為超流體，麻省理工學院的團隊推斷這兩種流體也應該以不同的方式傳遞熱量：在正常流體中，熱量應該像往常一樣消散，而在超流體中波物理學家，熱量可以像波浪一樣移動，類似于聲音。
說：“第二聲音是超流動性的標志，但在超冷氣體中，迄今為止你只能在密度波紋的微弱反射中看到它，而熱波的特征此前一直未能得到證實?！?span style="display:none">Th6物理好資源網(原物理ok網)
研究小組試圖分離并觀察第二種聲音，即熱的波狀運動，它與超流體中費米子的物理運動無關。 為此，他們開發了一種新的熱成像方法——熱圖技術。 在傳統材料中，紅外傳感器用于對熱源進行成像。
但在超低溫下，氣體不會發出紅外輻射。 相反，該團隊使用無線電頻率來“觀察”熱量如何在超流體中移動。 他們發現鋰-6費米子會根據溫度產生不同的射頻共振：當云層溫度較高且攜帶更多正常液體時，共振頻率較高。 云層溫度較低的區域具有較低的共振頻率。
研究人員使用更高的諧振無線電頻率來引起液體中任何正常的“熱”費米子發出響應。 然后，研究人員能夠鎖定共振費米子并隨著時間的推移跟蹤它們，從而制作出揭示熱的純粹運動的“電影”——類似于聲波的來回搖擺。
“我們第一次可以在這種物質冷卻到超流體臨界溫度時對其進行拍攝，并直接看到它如何從具有無聊熱平衡的普通流體轉變為具有熱來回滑動的超流體?！?span style="display:none">Th6物理好資源網(原物理ok網)
這些實驗標志著科學家第一次能夠直接對超流量子氣體中的第二秒聲波和純熱運動進行成像。 研究人員計劃擴展他們的工作波物理學家，以更精確地繪制熱量在其他超冷氣體中的行為方式。 這些發現可以推廣到預測其他強相互作用材料（例如高溫超導體和中子星）中的熱量如何流動，準確測量這些系統的導熱率，并有望理解和設計更好的系統。
