Wetenschappers hebben een baanbrekende ontdekking gedaan: voor het eerst hebben ze direct beeldmateriaal kunnen maken van een fenomeen dat bekendstaat als “tweede geluid”. Dit fenomeen toont aan dat warmte zich onder bepaalde omstandigheden als geluid kan verplaatsen. De resultaten, gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Science, bieden nieuwe inzichten in complexe systemen zoals neutronensterren en hogetemperatuursupergeleiders.
Wat is tweede geluid?
Tweede geluid is een intrigerend verschijnsel. Normaal verspreidt warmte zich via de beweging van deeltjes, maar in supervloeistoffen verplaatst warmte zich als een geluidsgolf. Richard Fletcher van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) vergelijkt het met “een tank water waarvan de ene helft bijna kookt”, wat betekent dat de ene kant bijna op het kookpunt blijft terwijl de warmte constant in beweging is.
Hoewel natuurkundige László Tisza dit fenomeen al in 1938 voorspelde, heeft niemand het tot nu toe direct kunnen waarnemen. Dankzij recente technologische ontwikkelingen is het nu gelukt om deze lang besproken eigenaardigheid visueel vast te leggen.
Technische doorbraken
Het visueel vastleggen van tweede geluid was een uitdaging vanwege technische beperkingen. Ultrakoude gassen, gebruikt in deze experimenten, geven namelijk geen infraroodstraling af, waardoor gebruikelijke warmtebeeldtechnieken onbruikbaar zijn. De onderzoekers hebben een innovatieve methode ontwikkeld: ze volgden de fermionparen via hun resonantiefrequenties. Lithium-6-atomen, die in de experimenten centraal staan, trillen op verschillende radiofrequenties afhankelijk van hun temperatuur, waarbij warmere atomen op hogere frequenties worden gedetecteerd.
Over deze ontdekking zegt professor Martin Zwierlein van MIT: “Tweede geluid toont aan dat supervloeibaarheid daadwerkelijk aanwezig is.” Voor het eerst konden ze beelden maken van de substantie terwijl deze afkoelde tot de kritische temperatuur voor supervloeibaar gedrag.
Wat betekent dit voor wetenschap en technologie?
Met het nieuwe inzicht in het functioneren van tweede geluid, kunnen wetenschappers beter voorspellen hoe warmte zich verplaatst in ultradichte objecten zoals neutronensterren. Dit helpt bij het ontrafelen van de geheimen van hogetemperatuursupergeleiders, die worden beschouwd als een mijlpaal in de natuurkunde vanwege hun vermogen om energie vrijwel zonder verlies te transporteren.
De technieken die tijdens dit onderzoek zijn ontwikkeld, maken het ook mogelijk om de geleidbaarheid van hogetemperatuursupergeleiders nog nauwkeuriger te meten. Uiteindelijk kan dit leiden tot verbeterde ontwerpen en toepassingen die ons energiegebruik efficiënter maken.
Een blik op de toekomst
Het supervloeibare materiaal waarin dit fenomeen werd waargenomen, is extreem: volgens Zwierlein is het “een miljoen keer dunner dan lucht”, een indrukwekkende vergelijking die de unieke omstandigheden benadrukt. Dit illustreert onder welke bijzondere omstandigheden tweede geluid kan worden bestudeerd en legt verbanden met andere extreme systemen, zoals elektronen in supergeleiders en materie in neutronensterren.
Deze doorbraak is een stap vooruit in ons begrip van complexe fysische fenomenen en opent de deur naar verder onderzoek naar enkele van de meest intrigerende vraagstukken in de natuurkunde. Terwijl we ontdekken hoe we deze kennis kunnen toepassen, worden we herinnerd aan de schoonheid van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek.
Met elke nieuwe ontdekking komen we dichter bij technieken die onze technologische wereld kunnen veranderen. Het werk van Richard Fletcher, Martin Zwierlein en hun team biedt niet alleen nieuwe inzichten, maar inspireert ook toekomstige generaties wetenschappers om verder te kijken dan wat direct zichtbaar is.
