超流體模擬中子星聲音
2020-12-11 今日科學
物理學家通過超流體發送聲波。圖片來源：Christine Daniloff/MIT
沒有人能聽到中子星發出的聲音，但科學家可能已經創造出了一種退而求其次的辦法。
美國麻省理工學院Martin Zwierlein領導的研究小組通過一種被稱為完美流體的超流體（一種摩擦力最小的氣體）來傾聽聲音。雖然條件完全不同，但Zwierlein表示，這個實驗可以用來計算中子星內部的共振頻率。
理論研究表明，中子星的核心含有由費米子組成的強相互作用物質，費米子是一種由被稱為自旋的量子特性定義的粒子。當費米子開始強烈相互作用時，它們表現得更像一種完美流體。
Zwierlein團隊開始利用行為類似費米子的鋰—6原子的氣體製造完美流體。這些原子被聚集在一個周圍有雷射壁的盒狀小空間中。研究人員隨後通過這種氣體發射了數千個頻率越來越高的聲波。振動只有在一個特定的頻率，即共振頻率時，才會在氣體中傳播。
Zwierlein說，共振質量顯示了流體的黏度，或者聲音的擴散率。「如果一種流體黏度很低，它就能產生強烈的聲波，如果以適當的頻率撞擊，聲音會非常大。如果它是一種黏度很大的液體，那麼就無法產生好的共振。」
通過研究氣體中的共振，Zwierlein團隊發現，該氣體具有量子力學所允許的最低黏度，這意味著它是一種完美流體。研究小組希望他們的流體可用來模擬其他更複雜的流體，比如中子星的核心。
「儘管天體物理環境非常不同，但實驗室量子系統的研究可以啟發我們如何改進中子星模型。」西班牙巴塞隆納空間科學研究所中子星研究專家Vanessa Graber說，「該實驗對於更好地理解中子星的相應行為非常重要。」
（文樂樂）
相關論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.aaz5756
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