رصد العلماء الصوت يتحرك بسرعتين مختلفتين داخل الغاز الكمي بعد دراستهم سابقًا لظاهرة موجتي صوت في سوائل كمية. إذا غرقت داخل الغاز الكمي ثلاثي الأبعاد المستخدم في الدراسة بطريقة ما، فإنك ستسمع كل صوت مرتين. أي كل صوت فردي تنقله موجتا صوت مختلفتين تتحركان بسرعتين مختلفتين.
يُعد ذلك تطورًا هامًا في مجال الميوعة الفائقة، أي السوائل الخالية من اللزوجة القادرة على التدفق دون أية خسارة للطاقة.
توافق السلوك الذي رُصد في الغاز مع المعايير التي وضعها نموذج لانداو للسائلين بصورة مذهلة، وهي نظرية طُورت للهيليوم فائق الميوعة في أربعينيات القرن الماضي، ويبدو أن القواعد ذاتها تنطبق إلى حد كبير عندما يتعلق الأمر بأجهزة الغاز الكمي.
وضح المؤلفون في ورقتهم البحثية المنشورة قائلين: «تظهر عمليات الرصد هذه جميع المعالم الأساسية لنظرية السائلين لغاز قابل للانضغاط بشدة».
لا داعي للتنبيه بعدم محاولة تطبيق التجربة في المنزل لأنه أمر مستحيل.
برّد العلماء في هذه التجربة ذرات من غاز البوتاسيوم إلى ما دون جزء من مليون من درجة فوق الصفر المطلق، محتجزين الذرات في حجرة من الفراغ.
شكل ذلك جزئيًا ما يعرف بتكاثف بوز-آينشتاين عند انخفاض الطاقة لدرجة أن الذرات بالكاد تتحرك أو تتفاعل. رفع العلماء التفاعل صناعيًا بعد ذلك ليصبح الغاز الكمي أكثر هيدروديناميكية، أي أقرب للسائل. لكنه بقي غازًا نظرًا لحفاظ تكاثف بوز-آينشتاين على ضغط شديد مساوٍ لضغط الهواء.
أنشأ الجهاز غازًا مكثفًا وآخر غير مكثف في آن معًا قادرًا على نقل الصوت بسرعتين بدلًا من سائلين بخصائص مختلفة قليلًا.
قال الباحثون: «رصدنا كلا الصوتين في غاز بوز ثلاثي الأبعاد شديد البرودة يتفاعل بقوة كافية ليصبح هيدروديناميكيًا، لكنه ما زال قابلًا للانضغاط بشدة. ووجدنا أن نظرية لانداو للسائلين تعكس جميع المعالم الأساسية لهذا النظام، مع غالبية ضم نمط الصوت الأول ثم الثاني ذبذبات لكل من المكون فائق الميوعة والمكون الطبيعي تباعًا».
يتكون الغاز الكمي -والسوائل الكمية أيضًا- عندما يبدأ بإظهار خصائص ميكانيكا الكم، أي تتبع مجموعة قوانين مختلفة مقارنة مع تلك التي تحكم فيزياء الكون الكلاسيكية. تفسر في هذه الحالة طبيعة الغاز الكمية الازدواجية الصوتية، فأحد الصوتين عبارة عن موجة مضغوطة عادية والآخر يتقلب ضمن حرارة تتصرف بصورة مشابهة للجسيمات.
يغذي جميع ما سبق معرفتنا فيما يتعلق بالهيدروديناميكية الكمية ودراسة السوائل في هذه الحالة الكمية بصورة أساسية. ونظرًا لصعوبة فهم عالم الكم، فإن معلومات كهذه ستكون مفيدة للأبحاث وعمليات الرصد المستقبلية. وكما جرت العادة، ستكون هذه السابقة التي تبين تحرك الصوت بسرعتين مختلفتين داخل الغاز الكمي أول مرة على الإطلاق نقطة انطلاق لأنواع أبحاث وتجارب أُخرى في الأعوام القادمة.
قال الباحثون: «تقدم تجارب الخصائص الهيدروديناميكية والمجهرية فرصةً رائعةً لدراسات مستقبلية لسوائل بوز، وسيكون استكشاف درجات الحرارة المنخفضة تحديدًا أمرًا مثيرًا للاهتمام».
اقرأ أيضًا:
قد يكون غاز الميثان أول دليل على وجود حياة في كواكب أخرى
اختبار غازات الدم الشرياني: الاستطبابات والمخاطر والنتائج
ترجمة: ربيع شحود
تدقيق: جعفر الجزيري
