超流体模拟中子星声音

2020年12月14日 10:27作者:中技联众来源:中国科学报阅读(118)

  物理学家通过超流体发送声波。图片来源:Christine Daniloff/MIT

  没有人能听到中子星发出的声音,但科学家可能已经创造出了一种退而求其次的办法。

  美国麻省理工学院Martin Zwierlein领导的研究小组通过一种被称为完美流体的超流体(一种摩擦力最小的气体)来倾听声音。虽然条件完全不同,但Zwierlein表示,这个实验可以用来计算中子星内部的共振频率。

  理论研究表明,中子星的核心含有由费米子组成的强相互作用物质,费米子是一种由被称为自旋的量子特性定义的粒子。当费米子开始强烈相互作用时,它们表现得更像一种完美流体。

  Zwierlein团队开始利用行为类似费米子的锂—6原子的气体制造完美流体。这些原子被聚集在一个周围有激光壁的盒状小空间中。研究人员随后通过这种气体发射了数千个频率越来越高的声波。振动只有在一个特定的频率,即共振频率时,才会在气体中传播。

  Zwierlein说,共振质量显示了流体的黏度,或者声音的扩散率。“如果一种流体黏度很低,它就能产生强烈的声波,如果以适当的频率撞击,声音会非常大。如果它是一种黏度很大的液体,那么就无法产生好的共振。”

  通过研究气体中的共振,Zwierlein团队发现,该气体具有量子力学所允许的最低黏度,这意味着它是一种完美流体。研究小组希望他们的流体可用来模拟其他更复杂的流体,比如中子星的核心。

  “尽管天体物理环境非常不同,但实验室量子系统的研究可以启发我们如何改进中子星模型。”西班牙巴塞罗那空间科学研究所中子星研究专家Vanessa Graber说,“该实验对于更好地理解中子星的相应行为非常重要。”(文乐乐)


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