Dit onverwachte fenomeen, tweede geluid genoemd, is een thermische golf die zich met een verrassende snelheid van 19 meter per seconde voortplant in supervloeibaar helium. De geluidsgolven, veroorzaakt door thermische uitzetting, zijn in de vorm van een zwak gesis te horen op een opname gemaakt door de onderzoekers.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics, werd uitgevoerd door natuurkundigen van de Universiteit van Maryland en is een belangrijke stap voorwaarts in het begrijpen van het gedrag van supervloeistoffen en hoe ze zich als golven kunnen bewegen.

"Dit is de eerste keer dat iemand de geluiden van hitte die in een supervloeistof beweegt, heeft kunnen vastleggen, en het is een heel mooi fenomeen", zegt Matthew S. Turner, een promovendus bij het departement natuurkunde en de gezamenlijke studie van de Universiteit van Maryland. Quantum Institute, die de studie leidde.

"Supervloeistoffen worden vaak omschreven als 'kwantumsoep', dus het was verrassend en opwindend om ze te horen zingen."

Decennia lang wisten wetenschappers dat supervloeistoffen twee geluidsgolven of excitaties hadden – de gewone geluidsgolf en het tweede geluid – maar er was nooit een manier geweest om ze te horen. Dit komt omdat de frequentie van het tweede geluid te hoog was om door het menselijk gehoor direct te kunnen detecteren.

De onderzoekers slaagden erin deze uitdaging te overwinnen door een speciale resonator te gebruiken om de geluidsgolven te versterken en deze om te zetten in drukgolven met een lagere frequentie die met een gevoelige microfoon konden worden opgevangen.

"De tweede geluidsgolven waren zo zwak dat ze nauwelijks hoorbaar waren. Maar door ze te versterken konden we ze duidelijk horen", zegt Andrei Kapustin, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Maryland en directeur van het Joint Quantum Institute.

"Deze doorbraak is erg spannend, omdat het nieuwe mogelijkheden opent voor het bestuderen van de eigenschappen van supervloeistoffen en andere kwantumvloeistoffen."

Het team van natuurkundigen, waaronder Turner en Kapustin, is nu van plan de techniek te gebruiken om het gedrag van tweede geluid in verschillende soorten materialen te onderzoeken en hoe deze kan worden gebruikt om nieuwe soorten apparaten te maken, zoals ultragevoelige sensoren en kwantumsensoren. computers.

Het onderzoek is ondersteund door de National Science Foundation, het Army Research Office en de Alfred P. Sloan Foundation.