Nové pohledy na přenos tepla: Druhá vlna

Teplo má tendenci se rozptylovat ve většině materiálů. Když je ponecháno samospádu, oblast s vyšší teplotou postupně ztrácí teplo, zahřívá přitom své okolí. Avšak ve vzácných stavech hmoty se teplo může chovat jako vlna, pohybující se sem a tam podobně jako zvukové vlny odražené od stěn místnosti. Tento vlnovitý pohyb tepla je odborníky označován jako „druhá vlna“.

Signály druhé vlny byly dosud pozorovány pouze v několika materiálech. Výzkumníci z MIT však poprvé zachytili přímé obrazy druhé vlny.

Tyto nové obrazy odhalují, jak se teplo může pohybovat jako vlna a kmitat sem a tam, i když samotná hmota se pohybuje úplně odlišným způsobem. Tyto obrazy ukazují čistý pohyb tepla, nezávislý na částicích v materiálu.

„Jde srovnat s nádrží vody, kde je jedna strana téměř ve varu,“ porovnává asistent profesor Richard Fletcher. „Pokud byste to pozorovali, voda by se zdála zcela nehybná, ale najednou se jedna strana zahřeje a potom se zahřeje druhá strana a teplo se pohybuje sem a tam, zatímco voda vypadá naprosto nehybně.“

Pod vedením profesora Martina Zwierleina tým vizualizoval druhou vlnu v nadtekutém stavu hmoty – zvláštním stavu, ke kterému dochází, když je atomový oblak ochlazen na velmi nízké teploty, což způsobí, že atomy proudí jako úplně inertní kapalina. V tomto nadtekutém stavu teoretici předpokládají, že by se teplo také mělo pohybovat jako vlna, i když vědci tuto jev dosud nepřímo pozorovali.

Nové poznatky, zveřejněné v časopise „Science“, pomohou vědcům získat komplexnější porozumění tomu, jak se teplo pohybuje skrze nadtekuté stavy hmoty a další související materiály, jako jsou supravodiče vysokých teplot a neutronové hvězdy.

„Existuje mnoho souvislostí mezi naším plynem, který je milionkrát méně hustý než vzduch, a chováním elektronů v supravodičích vysokých teplot, ba dokonce neutronů v ultra-hustých neutronových hvězdách,“ říká Zwierlein. „Nyní můžeme přímo studovat teplotní odpověď našeho systému, což nás učí o věcech, které jsou velmi obtížné pochopit nebo dokonce dosáhnout.“

Spoluautoři studie jsou Zwierlein a Fletcher, spolu s Zhenjie Yanem, bývalým doktorandem fyziky, Parthem Patelem a Biswaroopem Mukherjeem, bývalými studenty fyziky, a Chrisem Valem z Univerzity Swinburne v Melbourne, Austrálie. Výzkumníci z MIT jsou součástí Centra pro ultrachladné atomy MIT-Harvardské univerzity (CUA).