Als je jezelf zou kunnen onderdompelen in een kwantumvloeistof, zou je elke gebeurtenis twee keer horen, omdat ze twee geluidsgolven met verschillende snelheden ondersteunen.

De onderzoekers hebben in hun experiment deze opmerkelijke eigenschap voor het eerst gerealiseerd in een driedimensionaal kwantumgas, in plaats van een kwantumvloeistof. Ze bereikten dit resultaat door een gas van kaliumatomen gevangen door laserstralen in ultrahoog vacuüm af te koelen tot minder dan een miljoenste graad boven het absolute nulpunt, waar het gedeeltelijk een Bose-Einstein-condensaat vormt. Die hebben meestal een zwakke interactie, maar in hun experiment vergroten ze de interactie zo veel dat het gas hydrodynamisch wordt. Ze wekken staande golven op met verschillende frequenties en nemen twee resonanties waar van het zogenaamde eerste en tweede geluid.

Dit effect is goed bestudeerd in kwantumvloeistoffen zoals supervloeibaar helium, maar de samendrukbaarheid van hun Bose-gas is zo groot als die van lucht, dus het is nog steeds een gas, geen vloeistof. Opmerkelijk is dat Landau's beroemde twee-vloeistofmodel, een theorie ontwikkeld voor supervloeibaar helium in de jaren '40, nog steeds hun supervloeibare gas goed beschrijft. In hun systeem bestaan ​​de twee vloeistoffen voornamelijk uit respectievelijk de gecondenseerde en niet-gecondenseerde delen van het gas. Ze lossen experimenteel de relatieve beweging van de twee delen op, die samen oscilleren in het klassieke eerste geluid, maar tegenover elkaar bewegen in het tweede geluid. De microscopische theoretische beschrijving van hun gas is veel eenvoudiger dan die voor een vloeistof en belooft nieuwe inzichten in het begrip van kwantumhydrodynamica.

Het onderzoekspaper is gepubliceerd in Physical Review Letters . + Verder verkennen

Ongebruikelijke geluidsgolven ontdekt in kwantumvloeistoffen