Процесс слияния нейтронных звезд помог объяснить обычный штопор
Ученые из Национальной лаборатории сильных магнитных полей из Университета штата Флорида провели численное моделирование процесса, в котором вращающаяся сверхтекучая жидкость погружалась в статичную. Результаты исследования, поразившие ученых, опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Жидкость, которую моделировали ученые, находилась в агрегатном состоянии конденсата Бозе-Эйнштейна. Вещество в такое состояние приводят сильным сжатием до высоких плотностей и одновременным охлаждением газа до температуры минус 273 градуса по Цельсию. Это температура, близкая к абсолютному нулю — минус 273,15 градуса по Цельсию. При абсолютном нуле атомы перестают двигаться. Это означает, что вещество в состоянии конденсата Бозе-Эйнштейна практически не обладает вязкостью — трением между слоями. Вещество или «квантовая жидкость» ведет себя как единое целое и течет без потерь энергии.
По мнению ученых, свойством сверхтекучести обладает вещество в нейтронных звездах и, вероятно, таинственная темная материя. «Нейтронные звезды, по сути, представляют собой большие вращающиеся сверхтекучие капли», — объяснил Вей Го (Wei Guo), доцент кафедры машиностроения в Инженерном колледже FAMU-FSU, — Нас интересовало, что происходит, когда вращающиеся сверхтекучие капли сливаются воедино. Как вращение передается от одного к другому?»
Численное моделирование слияния вращающейся квантовой жидкости с неподвижной показало, что этот процесс не подчиняется законам классической гидродинамики. Когда крутящаяся капля обычной земной жидкости попадает в резервуар с покоящейся, то вращательное движение передается от слоя к слою. Образуются вихри. При моделировании взаимодействия веществ в состоянии конденсата Бозе-Эйнштейна ученые не наблюдали образования вихрей. Движение от вращающейся квантовой жидкости к статичной передавалось по аналогии с… перемещением штопора.
В результате слияния сверхтекучих жидкостей на границе между ними образовались странные структуры, которые никто ни разу не наблюдал при слиянии жидкостей классических. Структуры на поверхности образовались потому, что вращение верхнего слоя покоящейся квантовой жидкости в конце взаимодействия было сильнее, чем вращение нижнего. Это возможно только в том случае, когда импульс и угловой момент вращающейся жидкости передаются снизу вверх, также как при движении штопора. Понимание того, как идет процесс потрясло ученых не меньше, чем его наблюдение в компьютерной симуляции.
Открытие, возможно, позволит ближе познакомиться с нейтронными звездами и загадочной темной материей. Если же рассуждать о применения результатов исследования в пределах нашей планеты, они могут помочь при разработке квантовых компьютеров и приблизить век атомной электроники.
Обсудить 0
