في أبرد درجة حرارة ممكنة تقريبًا - يشكل الزئبق (بمساعدة الهليوم السائل) حالة تسمى الموصلية الفائقة. حتى الآن…
عندما تؤخذ في غضون بضع درجات من الصفر المطلق على مقياس كلفن (ناقص 273 درجة مئوية أو ناقص 460 فهرنهايت) ، يتحول الهيليوم 4 السائل إلى حالة فائقة السوائل. إنها تدور ، وتجعد ، ونقص الجسم يحير العلماء منذ ما يقرب من قرن. الآن قام فريق بقيادة فيزيائي من جامعة واشنطن ، باستخدام أقوى حاسوب عمومي متاح للعلم المفتوح ، بصنع صورة نظرية تشرح سلوك الموائع الفائقة في الوقت الحقيقي. فقط من هو الطرف المسؤول هنا؟ جرب الجسيمات دون الذرية التي تسمى الفرميونات.
تشكل الإناث جزءًا كبيرًا من المعادلة الطبيعية مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات ... تمامًا مثل الموائع الفائقة جزء من النجوم النيوترونية. بالتناوب بين مرة و 1000 مرة في الثانية ، تعمل النجوم النيوترونية - أو النجوم النابضة - على سطح الموائع الفائقة بشكل مختلف تمامًا عن نظيره هنا على الأرض. مع زيادة السرعة ، تشكل سلسلة من الدوامات الصغيرة التي تتجمع في نمط مثلث ... والذي بدوره يشكل ضفيرة داخل بنية الموائع الفائقة. قال بولجاك "عندما تصل إلى السرعة الصحيحة ، ستنشئ دوامة واحدة في المنتصف". "ومع زيادة السرعة ، ستزيد عدد الدوامات. لكنها تحدث دائمًا في خطوات. "
هل يستطيع العلم إعادة إنشائه؟ نعم. تمكنت النماذج المختبرية التي تستخدم غرفة فراغية وحزمة ليزر لإنشاء مجال كهربائي عالي الكثافة من تبريد عينة صغيرة ، ربما مليون ذرة ، إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. ثم يتم استخدام "ملعقة ليزر" لتحريك المائع الفائق بسرعة كافية لإنشاء الدوامات.
"في محاولة لفهم السلوك الغريب ، حاول العلماء ابتكار معادلات وصفية ، مثل المعادلات التي قد يستخدمونها لوصف الحركة الدائرية في فنجان من القهوة أثناء تحريكها." قال بولجاك. "لكن لوصف الفعل في السائل الزائد المصنوع من الفرميونات ، هناك حاجة إلى عدد غير محدود من المعادلات. يصف كل منها ما يحدث إذا تم تغيير متغير واحد فقط - مثل السرعة أو درجة الحرارة أو الكثافة. نظرًا لأن المتغيرات مرتبطة ، إذا تغير أحدهما ، فسيتغير الآخرون أيضًا ".
تتمثل إحدى التحديات الرئيسية في صياغة الفرضية الرياضية في مقدار قوة الحوسبة التي ستستغرقها للعمل من خلال مشكلة مع عدد من التغييرات المتغيرة التي وصلت إلى 1 تريليون أو أكثر. اذا،، كيف يفعلون ذلك؟ استخدم الفريق كمبيوتر JaguarPF في مختبر Oak Ridge الوطني في تينيسي ، وهو واحد من أكبر أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم ، لما يعادل 70 مليون ساعة ، الأمر الذي قد يتطلب ما يقرب من 8000 سنة على جهاز كمبيوتر شخصي أحادي النواة (لدى JaguarPF ما يقرب من ربع -ملايين النوى). فقط حاول تبريد ذلك!
قال بولجاك "هذا يخبرك بتعقيد هذه الحسابات ومدى صعوبة ذلك". لجعل الأمور أكثر تعقيدًا ، كلما زادت سرعة تحريك المائع الفائق إلى فقدان خصائصه - ولكن ليس بالسرعة المفترضة. "العمل يعني أنه يمكن للباحثين" إلى حد ما "دراسة خصائص النجم النيوتروني باستخدام محاكاة الكمبيوتر." قال بولجاك. . "كما أنه يفتح اتجاهات جديدة للبحث في فيزياء ذرات البرد."
والمزيد من الواجبات المنزلية من جانبنا.
مصدر القصة الأصلية: جامعة واشنطن.
