Wetenschappers van het National High Magnetic Field Laboratory, met het hoofdkantoor van de Florida State University, hebben een ontdekking gedaan in de vloeistofdynamica die echt de moeite waard is om een ​​fles goede wijn te ontkurken.

Wei Guo, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan het FAMU-FSU College of Engineering, en MagLab-afgestudeerde onderzoeksassistent Toshiaki Kanai publiceerden een nieuwe studie in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven dat licht werpt op hoe kwantumvloeistoffen - ook wel superfluïden genoemd - samensmelten. Het blijkt dat ze een kurkentrekkermechanisme gebruiken.

Op atomair niveau, deze vloeistoffen gehoorzamen aan een geheel andere reeks regels die ontstaan ​​bij ultralage, of cryogeen, temperaturen. In dit geval, die temperatuur schommelt rond de -273 graden Celsius (ongeveer -460 graden Fahrenheit), veel kouder dan waar dan ook op aarde. Een dergelijke omgeving kan alleen met grote inspanning in speciale laboratoria worden bereikt.

Met andere woorden, kwantumvloeistoffen, ook wel supervloeistoffen genoemd, zijn echt bizar. Ze zijn ook van groot belang voor wetenschappers, deels omdat ze in de kosmos bestaan ​​- in neutronensterren en, mogelijk, in donkere materie.

"Neutronensterren, eigenlijk, zijn groot, roterende supervloeibare druppels, en die druppels kunnen samensmelten, " zei Guo, een getrainde fysicus die toezicht houdt op de MagLab's Cryogenics Research Group. "Dus stelden we de vraag:wat gebeurt er als roterende superfluïde druppels samensmelten? Hoe wordt de rotatie van de ene naar de andere overgebracht?"

Het antwoord dat ze kregen, gebaseerd op numerieke simulaties, kwam als een hele verrassing. De resultaten toonden aan dat de rotatie van deze vloeistoffen weinig gelijkenis vertoonde met de klassieke vloeistofdynamica. Echter, het kan worden gewaardeerd door iedereen die van af en toe een beker gewürztraminer houdt:het mechanisme was een kurkentrekker.

De supervloeistof die ze modelleerden, was een Bose-Einstein-condensaat. BEC's zijn een geheel andere toestand van materie dan lucht, vloeistof, vast of plasma, gevormd door een gas met een zeer lage dichtheid af te koelen tot bijna het absolute nulpunt, de laagst mogelijke temperatuur. In deze ijskoude toestand zijn de atomen, bijna al hun energie opgezogen, in wezen als één optreden. Ze hebben geen viscositeit; een BEC stroomt zonder enige energie te dissiperen.

In onze klassieke wereld wanneer een draaiende regendruppel in een stilstaand water valt, De rotatiebeweging en het impulsmoment van de regendruppel worden overgebracht op het water waarin het plopt door middel van draaiende structuren die we kennen als wervelingen.

Maar toen Kanai een model maakte om te zien wat er in de kwantumwereld gebeurt wanneer een draaiende druppel BEC samensmelt met een statische, er was geen teken van wervelingen of draaikolken. Toch was er een overdracht van beweging.

"De draaikolken bleven in de draaiende druppel, maar ze werden niet naar de top overgebracht, " legde Guo uit. "Maar op de een of andere manier werden rotatiebeweging en impulsmoment overgebracht naar het andere gebied. Dus we voelden dat er een ander mechanisme moest zijn dat die rol speelde. Er verscheen een vreemde structuur op het grensvlak van de twee druppels - vreemd omdat het niet voorkomt in conventionele, stroperige vloeistoffen."

Die vreemde structuur:een kurkentrekker.

"De structuur doet ongeveer dienst als een kurkentrekker, "een koppel uitoefenen, legde Guo uit. "Het genereert de roterende beweging in de top, statische, en vertraagt ​​dan de rotatie van de onderste. Op deze manier, de rotatie wordt overgedragen van onder naar boven."

De resultaten waren dubbel spannend, zei Kanai, die een beetje versuft leek om al hoofdauteur van een publicatie te zijn terwijl hij nog een afgestudeerde student natuurkunde aan de staat Florida was.

"Nadat we de kurkentrekkerstructuur de eerste keer hadden waargenomen, we hadden zoveel vragen, " zei hij. "Wat veroorzaakt deze structuur? Hoe beïnvloedt de structuur de dynamiek? Dus de ontdekking zelf was erg interessant; maar daarna, het begrijpen van de ontdekking was ook erg spannend."

Guo zei dat hun werk licht kan werpen op andere onderzoeksgebieden - donkere materie en neutronensterren op kosmologisch niveau en, op het kwantumniveau, de ontwikkeling van op BEC gebaseerde technologieën zoals sensoren of kwantumcomputers, een opkomend veld genaamd atomtronics.

"Dit kan astrofysici wat informatie geven over naar wat voor soort structuren ze moeten kijken als ze de lucht observeren, ' zei Guo.

Dus de volgende keer dat je een fles vino ontkurkt en de viscositeit bewondert terwijl het rond je glas wervelt, breng een toost uit op het koppel, te bizar, ondoorzichtige Bose-Einstein condensaten en tot de nooit eindigende wonderen van de wetenschap.