Det finns två ljudhastigheter i ett Bose-Einstein-kondensat. Förutom den normala ljudutbredningen finns det andra ljudet, vilket är ett kvantfenomen. Forskare i Ludwig Matheys grupp från universitetet i Hamburg har lagt fram en ny teori för detta fenomen.

När du hoppar in i en sjö och håller huvudet under vatten, allt låter annorlunda. Bortsett från våra örons olika fysiologiska respons i luft och vatten, detta härrör från den olika ljudutbredningen i vatten jämfört med luft. Ljud färdas snabbare i vatten, checkar in vid 1493 m/s, på en skön sommardag på 25 ° C. Andra vätskor har sin egen ljudhastighet, som alkohol med 1144 m/s, och helium, om du går till en kyla -269 ° C för dess flytande tillstånd, med 180 m/s.

Dessa vätskor kallas klassiska vätskor, exempel på ett av materiens primära tillstånd. Men om vi kyler ner heliumet ytterligare några grader, något dramatiskt händer, det blir till en kvantvätska. Denna makroskopiska visning av kvantmekanik är en supervätska, en vätska som flödar utan friktion.

Så vad hör du om du tar det olyckliga beslutet att stoppa huvudet i denna vätska? Förvånande, du kommer att höra samma ljud två gånger. Förutom det normala ljudet av en vätska finns det fenomenet andra ljud som härrör från kvantiteten hos denna vätska. Om någon säger något till dig när du är nedsänkt i superfluid helium, du kommer att höra det som första ljud först, och sedan få en andra chans att lyssna när det kommer som andra ljud, om än starkt dämpad. För superfluid helium, andra ljudet är ganska långsammare än det första ljudet, med 25 m/s kontra 250 m/s, mellan 1 och 2 Kelvin.

Medan den konventionella teorin om andra ljudet har varit framgångsrik för superflytande helium, uppkomsten av Bose-Einsteins kondensat av ultrakylda atomer har ställt nya utmaningar. Ett team av forskare ledda av Ludwig Mathey från universitetet i Hamburg har lagt fram en ny teori som fångar andra ljud i dessa kvantvätskor, nyligen publicerad i Fysisk granskning A .

"För superflytande helium, det andra ljudet är långsammare än det första ljudet, "förklarar medförfattaren Vijay Singh, "men vi blev förvånade över att finna att detta inte nödvändigtvis är sant, att den andra pulsen kan vara snabbare." Ett nytt teoretiskt tillvägagångssätt behövdes för att fånga detta. Moderna problem kräver moderna lösningar, som de säger.

"Vi generaliserade Feynman -vägens integral för att utöka teorin om supervätskor, "beskriver huvudförfattaren Ilias Seifie det konceptuella framsteg. Medan vägen integrerad, briljant tänkt av Richard Feynman, formulerar kvantmekaniken som en summa över banor, dessa banor själva är klassiska. "Vi modifierade hur dessa banor ser ut" fortsätter Seifie, "i vår vägintegral innehåller de information om kvantfluktuationer." Föreställ dig en poolnuddel som sträcker sig från A till B som en fattig mans visualisering av en bana som går in i Feynman-vägintegralen. Nudelns tvärsnitt är mer eller mindre runt med en konstant diameter längs dess längd. Men i den nya vägen integralen, formen på tvärsnittet kan variera, den kan anta elliptiska former, tänk dig att klämma ihop poolnudlen. Passande, fysiker hänvisar till dessa kvantmekaniska tillstånd som pressade tillstånd.

"Detta tillvägagångssätt är allmänt tillämpligt, " förklarar Ludwig Mathey, "den kan tillämpas på vilken metod som helst som är baserad på vägintegraler." Verkligen, många fenomen i gränssnittet mellan kvant- och klassisk fysik kan tänkas bli bättre förstått med detta tillvägagångssätt. Man kan bara pressa ut lite mer insikt ur naturen med denna nya ram.