„Frösche“ und „Pilze“ sprudeln in Quantenflüssigkeiten auf

„Frösche“ und „Pilze“ sprudeln in Quantenflüssigkeiten auf

Quantenflüssigkeiten können sich laut neuen Computersimulationen exotischer Materiezustände, die als Bose-Einstein-Kondensate (BECs) bekannt sind, auf sehr seltsame Weise vermischen.

In ferner Zukunft könnten BECs neue Arten von ultraschnellen Computern ermöglichen. Aber im Moment versuchen die Forscher nur, die grundlegende Physik ihrer Funktionsweise zu verstehen.

Das taten Kui-Tian Xi , ein Gastwissenschaftler der Ohio State University in der Fakultät für Physik , und seine Kollegen, als sie mit einem Supercomputer simulierten, was passieren würde, wenn jemand zwei magnetisch polarisierte BECs mischen würde.

Schnappschüsse aus den Simulationen, die in der Zeitschrift Physical Review A veröffentlicht wurden, ähneln Tintenkleckstests, die auf verschiedene Weise interpretiert werden können. Als eine Flüssigkeit durch die andere sickerte, sah Xi zuerst, wie die Kleckse eine Schildkröte bildeten (d. h. ein Muster mit sechs fingerähnlichen Formen, die wie ein Kopf, ein Schwanz und vier Beine aussahen, ähnlich einer Schildkröte), dann einen Frosch ( Hinterbeine angewinkelt) und schließlich eine Explosion von Pilzformen.

Es war vielleicht nicht genau das, was er erwartet hatte, aber Xi sagte, er sei auch nicht allzu überrascht.

„Um ehrlich zu sein, habe ich erwartet, dass ich einige interessante dynamische Eigenschaften sehen könnte. Aber als ich die Schildkröte zum ersten Mal sah, dachte ich, ich hätte die Parameter der Simulation vielleicht falsch berechnet“, sagte er. „Dann wurde mir klar, dass es an der Grenzfläche der Flüssigkeiten eine Art Instabilität geben könnte, genau wie bei klassischen Flüssigkeiten.“

Bose-Einstein-Kondensate sind Gase aus Atomen, die so kalt sind, dass ihre gesamte Bewegung fast zum Erliegen kommt. Wie der indische Physiker Satyendra Nath Bose und Albert Einstein in den 1920er Jahren vorhersagten – und Experimente schließlich in den 1990er Jahren bewiesen – zeigen BECs seltsame Eigenschaften, weil alle Atome denselben Quantenzustand einnehmen.

Forscher der Ohio State University und ihre Kollegen verwenden einen Supercomputer, um zu simulieren, was passiert, wenn sich zwei exotische Superflüssigkeiten vermischen. Die Simulationen haben einige ungewöhnliche Formen hervorgebracht, darunter „Pilze“ und diese froschähnliche Form. Video von Kui-Tian Xi, mit freundlicher Genehmigung der Ohio State University. [K.-T. Xiet al., Phys. Rev. A (2018)] Herunterladen

Als solche sind BECs Superflüssigkeiten . Sie sollen reibungsfrei sein, also ohne Viskosität zusammenfließen. Als Xi jedoch Parameter der Simulation wie die Stärke der magnetischen Wechselwirkungen anpasste, vermischten sich die beiden Flüssigkeiten, als wäre eine viskoser als die andere – so wie viskoses heißes Wachs durch weniger viskoses Wasser in einer Lavalampe schwimmt .

Xi und seine Kollegen, darunter Hiroki Saito , Studienleiter und Professor für Ingenieurwissenschaften an der Universität für Elektrokommunikation in Japan , glauben, dass die Simulationen Hinweise auf Phänomene liefern, die Physiker in tatsächlichen Experimenten gesehen haben. BECs scheinen sich unter bestimmten Umständen wie normale Materie zu verhalten.

Insbesondere weist Xi auf jüngste numerische Simulationen an der Newcastle University hin, bei denen ein anderes superfluides, flüssiges Helium Turbulenzwellen erzeugte, als es über die raue Oberfläche eines Drahtes floss.

Pilzwolke: Forscher der Ohio State University und ihre Kollegen verwenden einen Supercomputer, um zu simulieren, was passiert, wenn sich zwei exotische Superflüssigkeiten vermischen. Die Simulationen haben einige ungewöhnliche Formen hervorgebracht, darunter „Frösche“ und diese pilzähnlichen Formen. Video von Kui-Tian Xi, mit freundlicher Genehmigung der Ohio State University. [K.-T. Xi et al., Phys. Rev. A (2018)] Herunterladen

Die Ursache für das seltsame simulierte BEC-Verhalten bleibt abzuwarten, aber Xi sagte, dass die aktuelle Technologie es Experimentalphysikern ermöglichen würde, das Experiment real durchzuführen. Als Theoretiker wird er sich jedoch auf die möglichen Implikationen einer zunehmenden Verbindung zwischen dem Verhalten von Quanten- und klassischen Flüssigkeiten konzentrieren.

Xi und Saito haben die Studie gemeinsam mit Tim Byrnes von der New York University Shanghai verfasst. Ihre Arbeit wurde hauptsächlich von der Japan Society for the Promotion of Science finanziert, und sie führten ihre Simulationen auf dem Prince-Computercluster an der New York University durch.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert

Back to top