Az MIT kutatói először kapták lencsevégre az úgynevezett második hangot, amit közel 100 éve egy híres, magyar származású fizikus írt le először. A második hang valójában nem hang, hanem a hő terjedésének egy formája, ami csak egy különös anyagi állapotban, az úgynevezett szuperfolyékony állapotban alakul ki, és aminek eddig csak bizonyos nyomait sikerült megfigyelni, felvétel még sosem készült róla.

A szuperfolyékony anyagi állapot akkor jön létre, amikor atomok felhőjét extrém alacsony hőmérsékletűre hűtik, ekkor az atomok úgy mozognak együtt, hogy egy teljesen súrlódásmentes folyadék alakul ki belőlük. A súrlódás hiánya miatt a szuperfolyékony anyagok szokatlanul viselkednek: Wolfang Ketterlének, az MIT professzorának magyarázata szerint "ha a kávé szuperfolyadékból lenne és megkevernénk, a végtelenségig kavarogna." A szuperfolyékonyság jelenlétét Ketterle 2005-ben bizonyította ultrahideg Fermi-gázokban, miközben kvantumörvényeket is detektáltak az anyagban. A szuperfolyékony állapotban lévő anyagokban a fizikusok elképzelése szerint a hang ugyanúgy terjed, mint a normál folyadékokban, de a hő esetében már teljes más a helyzet: a hő a szuperfolyadékokban a hanghoz hasonlóan, hullámszerűen terjed tova, ellentétben a normál folyadékokkal, amiben a hő inkább szétárad.

1938-ban egy magyar származású fizikus, Tisza László, megjósolta ezt a jelenséget

- az ő elmélete szerint a szuperfolyékony anyagok kétféle anyagból állnak, normál anyagból és szuperfolyadékból, és ebben a speciális keverékben hőhullámok alakulhatnak ki. Végül nem Tisza, hanem Lev Landau volt az, aki ezt a jelenséget második hangnak nevezte el.

A probléma a második hanggal, hogy nehezen megfigyelhető, mivel ultrahideg hőmérsékleten az anyagban lévő hőforrásokat nem lehet a szokásos módon, infravörös tartományban mérő eszközökkel detektálni, ezért eddig csak a jeleit tudták a jelenségnek nyakon csípni. Az MIT kutatói most egy új módszert vetettek be, és rádiófrekvenciás termográfiával vizsgálták a szuperfolyadékot. Ehhez lítium-6 fermionokat használtak, amelyekben az atomok különböző frekvencián rezonáltak attól függően, hogy a normál folyadék vagy a szuperfolyadék részét alkották a szuperfolyékony anyagnak. A fizikusok így képesek voltak mozgóképet alkotni a hő mozgásáról, ahogy az ide-oda hullámzott az anyagban.

“Most először képeket tudtunk készíteni erről az anyagról, ahogyan lehűtöttük a szuperfolyékonyság kritikus szintjére, és közvetlenül láttuk, hogyan alakul át normál folyadékból, amiben a hő unalmasan kiegyenlítődik, szuperfolyadékká, amiben a hő oda-vissza mozog.”

- mondta el Martin Zwierlein, a kutatás vezetője.

A felfedezés nem csak egy régi elméletet bizonyított közvetlen módszerekkel, hanem a szuperfolyékony anyagok jobb megértését is elősegíti, de akár még a szupravezetőkben zajló folyamatok, vagy a neutroncsillagok működésének feltérképezésében is szerepet játszhat, mivel ezekben is speciális módon történik a hő terjedése.

(Fotó: MIT, Zwierlein et al/ Science, AMRULQAYS/Pixabay)