تحقق نظرية كمومية عمرها 80 عامًا بموجبها يمكن تواجد موجتان صوتيتان منفصلتان معا في نفس المادة

تقدم دراسة جديدة ، نُشرت في مجلة Physical Review Letters ، الملاحظة الأولى لظاهرة كمومية تسمح لنوعين مختلفين من الموجات الصوتية بالتواجد جنبًا إلى جنب في نفس الغاز ، كل منهما ينشأ من خاصية مختلفة للمادة. هذا يعني أنه في نفس الوسط يتكون زوج من الموجات ، ولكل منهما سرعة صوت مختلفة. هذه ظاهرة غير عادية وغير تافهة ، لأنه في المواد المألوفة لنا من الحياة اليومية ، مثل الهواء والماء والفولاذ وأكثر من ذلك ، يتحرك الصوت في كل منها بنفس السرعة. قام فريق من الباحثين البريطانيين بقيادة زوران هادزيبابيتش بالتحقق الآن من نظرية قديمة ، منذ حوالي ثمانين عامًا ، تنبأت بوجود ظاهرة في الغاز عند درجة حرارة منخفضة جدًا.

منذ حوالي 85 عامًا ، اكتشف الفيزيائي الروسي بيوتر كابيتسا وزملاؤه الكنديون جون ألين ودونالد ميسينر حالة جديدة من التجمع تسمى "السوائل الفائقة". هذه ليست ظاهرة يومية يسهل إنشاؤها في المنزل ، لأن هذا الوضع موجود فقط في درجات حرارة منخفضة للغاية ، قريبة من الصفر المطلق. في هذه الحالة ، تحصل على سائل يتصرف بطريقة غريبة نوعًا ما: يتدفق بدون أي لزوجة وبدون فقد الطاقة ، على عكس أي سائل مألوف لدينا. على سبيل المثال ، عندما يتم تبريد غاز الهليوم -3 إلى درجة حرارة 2.2 درجة كلفن - حوالي 271 درجة مئوية تحت الصفر - يصبح سائلًا فائقًا. ديفيد لي ودوغلاس أوشيروف وروبرت ريتشاردسون فازوا بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 1996 لاكتشافهم خاصية الهيليوم هذه.

في عام 1941 ، اقترح الفيزيائي اليهودي السوفيتي ليف لانداو نظرية تشرح ظاهرة السيولة الفائضة. وفقًا لنموذجه "ثنائي التدفق" ، في هذه الحالة ، تكون المادة في الواقع مزيجًا من تدفقين - أحدهما تدفق طبيعي والآخر تدفق فائق ، حيث تكون جميع الذرات في نفس الحالة الكمومية ، أي أنها تمتلك بالضبط نفس الخصائص الديناميكية ، مثل الموضع والزخم والطاقة والزخم الزاوي والدوران. وتسمى الظاهرة الثانية "تكثيف بوز-أينشتاين" ، التي سميت على اسم ألبرت أينشتاين والفيزيائي الهندي ساتيندرا ناث بوز ، وهي أرض خصبة للبحث في حد ذاتها.

لسنوات ، حاول الباحثون إثبات نموذج التدفق الثنائي في الأنظمة الكمية المعروفة: على سبيل المثال ، وجد أن النموذج يناسب وصف التدفقات غير القابلة للضغط - تلك التي لا تتغير كثافتها عند زيادة الضغط الذي يعمل عليها. نفس الشيء موجود في كل من الغازات "العادية" ، والتي تتكون من الذرات التي خضعت لتكثيف بوز-آينشتاين ، وفي غازات فيرمي المكونة من الإلكترونات. في هذه الدراسة ، فحص الباحثون نموذج لانداو ثنائي التدفق ، ولهذه الغاية فحصوا سلوك الموجات الصوتية في غاز بوز-آينشتاين القابل للضغط. ينبع اختيار الموجات الصوتية من طبيعتها الأساسية: على المستوى المجهري ، تمثل الموجات الصوتية اهتزازات الذرات ، بحيث تنعكس خصائص المادة في سلوك الموجات التي تتحرك خلالها.