В квантовых жидкостях обнаружили необычные звуковые волны

Ученые продемонстрировали необычное свойство одномерных квантовых жидкостей – они способны поддерживать гибридную звуковую волну, чего не может ни одна другая жидкость. 

Обычные звуковые волны – маленькие колебания плотности – могут распространяться по всем жидкостям, заставляя молекулы в последних равномерно сжиматься. Теперь физики теоретически продемонстрировали, что в одномерных квантовых жидкостях может распространяться не один, а два типа звуковых волн. Оба типа волн движутся на приблизительно одинаковой скорости, но являются комбинацией волн плотности и температурных волн.

Физики Константин Матвеев из Аргоннской национальной лаборатории и Антон Андреев из Вашингтонского университета в Сиэттле опубликовали доклад о гибридных звуковых волнах в квантовых жидкостях в недавнем выпуске журнала Physical Review Letters.

«Одномерные жидкости обладают удивительными квантовыми свойствами, которые десятилетиями изучают физики, - сказал Матвеев в интервью порталу Phys.org. – Совершенно неожиданно нам удалось показать, что даже такой принципиально классический феномен, как звук, также очень необычен в этих жидкостях. Наша работа подразумевает, что даже на простейшие, классические свойства жидкости может сильно воздействовать их квантовая природа».

Несмотря на то, что классические жидкости в общем поддерживают только один тип звуковой волны (волну плотности), жидкий гелий является исключением. Будучи сверхтекучей жидкостью, жидкий гелий может течь без трения, что позволяет ему течь вверх по стенкам контейнера, не говоря о других его необычных свойствах. В отличие от классических жидкостей, сверхтекучий гелий поддерживает два типа звуковых волн – волну плотности и температурную волну, распространяющихся с разной скоростью.

Как объясняют физики, в некотором смысле одномерные квантовые жидкости очень похожи на сверхтекучий гелий, так как оба типа жидкостей поддерживают два типа звуковых волн. Однако, во всем остальном они очень сильно различаются: вместо того, чтобы одна волна оставалась волной плотности, а другая – температурной волной, обе звуковые волны совмещают свойства волн плотности и температуры. Эта гибридная природа звуковых волн в одномерных квантовых жидкостях отличается от природы звуковых волн во всех других жидкостях, включая жидкий гелий. Вдобавок, ученые показали, что обе волны распространяются на почти одинаковых скоростях, отличие которых определяется температурой.

В будущем физики надеются, что эти гибридные звуковые волны получится экспериментально продемонстрировать в длинных квантовых проводах и атомных ловушках, в которых существуют одномерные квантовые жидкости.