Όταν κάτι θερμαίνεται, η θερμότητα συνήθως διαχέεται αργά προς τα έξω και τελικά εξαφανίζεται. Όμως, στον αλλόκοτο κόσμο των υπερρευστών κβαντικών αερίων, η θερμότητα δεν ακολουθεί αυτούς τους κανόνες. Αντί να διαχέεται σταδιακά, «ταλαντώνεται» από τη μία πλευρά στην άλλη κυριολεκτικά σαν κύμα. Αυτή η παράξενη συμπεριφορά είναι γνωστή ως «δεύτερος ήχος» και, για πρώτη φορά στην ιστορία, επιστήμονες του MIT κατάφεραν να την απεικονίσουν οπτικά.
Η ανακάλυψη αυτή, που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science, ρίχνει φως σε ένα από τα πιο ιδιαίτερα φαινόμενα της φυσικής χαμηλών θερμοκρασιών. Ο «δεύτερος ήχος» είναι στην ουσία ένα κύμα καθαρής θερμότητας που ταξιδεύει μέσα σε ένα υλικό, χωρίς να αλλάζει την πυκνότητά του όπως ο κανονικός (πρώτος) ήχος. Αντίθετα με ό,τι γνωρίζουμε για τη θερμότητα στην καθημερινή ζωή, εδώ η θερμότητα δεν εξαπλώνεται αλλά «πηγαινοέρχεται» σαν κύμα, ενώ το υλικό παραμένει φαινομενικά ακίνητο.
«Είναι σαν να έχεις μια δεξαμενή με νερό και να κάνεις τη μία πλευρά σχεδόν να βράζει», εξηγεί ο αναπληρωτής καθηγητής του MIT και συν-συγγραφέας της μελέτης, Ρίτσαρντ Φλέτσερ. «Κοιτάς το νερό και φαίνεται τελείως ήρεμο, αλλά ξαφνικά η άλλη πλευρά γίνεται καυτή, μετά η αρχική, και η θερμότητα πηγαινοέρχεται, ενώ τίποτα δεν φαίνεται να κινείται.»
Για να δημιουργηθούν αυτές οι παράξενες καταστάσεις της ύλης, οι επιστήμονες ψύχουν ένα νέφος ατόμων σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (−273,15 °C). Σε αυτό το υπερβολικά ψυχρό περιβάλλον, τα άτομα συμπεριφέρονται συλλογικά, σχηματίζοντας ένα ρευστό σχεδόν χωρίς τριβή: ένα υπερρευστό. Μέσα σε αυτή την κατάσταση, η θερμότητα δεν μεταδίδεται όπως συνήθως, αλλά κινείται σαν κύμα—μια μορφή μεταφοράς ενέργειας που μέχρι σήμερα δεν είχε καταγραφεί οπτικά.
Το μεγαλύτερο πρόβλημα ήταν πώς να παρατηρήσουν κάτι τόσο κρύο. Σε αυτές τις θερμοκρασίες, δεν υπάρχει υπέρυθρη ακτινοβολία, άρα η κλασική θερμογραφία είναι άχρηστη. Οι ερευνητές του MIT σκέφτηκαν λοιπόν κάτι καινοτόμο: χρησιμοποίησαν ραδιοσυχνότητες για να παρακολουθήσουν τα άτομα λιθίου-6, που αντιδρούν διαφορετικά σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Έτσι, κατάφεραν να «χαρτογραφήσουν» τις πιο θερμές περιοχές (όσο θερμές μπορεί να είναι σε τέτοια ψύχρα) και να αποτυπώσουν την κίνηση του δεύτερου ήχου στον χρόνο.
Ο επικεφαλής της μελέτης, καθηγητής Μάρτιν Ζβιερλάιν, εξηγεί: «Ο δεύτερος ήχος είναι το σήμα κατατεθέν της υπερρευστότητας, αλλά μέχρι τώρα μπορούσαμε να τον δούμε μόνο έμμεσα, μέσα από αμυδρές διακυμάνσεις πυκνότητας. Τώρα όμως μπορούμε να αποδείξουμε την κυματοειδή φύση του θερμικού αυτού φαινομένου.»
Ίσως κάποιος αναρωτηθεί: «Και λοιπόν; Τι με νοιάζει αν η θερμότητα χορεύει σε υπερρευστά;» Όμως για τους φυσικούς, αυτή η κατανόηση μπορεί να ανοίξει δρόμους σε δύο εξαιρετικά σημαντικούς τομείς: την τεχνολογία των υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας (που και πάλι λειτουργούν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες) και την κατανόηση της εσωτερικής φυσικής των αστρικών καταλοίπων, όπως οι αστέρες νετρονίων.
Μπορεί να μη γεμίσουμε ακόμα τα σπίτια μας με υπερρευστά, όμως κάθε νέο βήμα στον κβαντικό μικρόκοσμο φέρνει την τεχνολογία του αύριο ένα βήμα πιο κοντά.
