Физики услышали затухание звуковых волн в ферми-газе
Физики экспериментально измерили величину и температурную зависимость коэффициента диффузии — параметра, характеризующего скорость затухания звуковых волн в среде, для низкотемпературного ферми-газа. Данные измерений в будущем помогут в исследованиях других разновидностей такого состояния вещества — например, ядерной или нейтронной материи внутри компактных звезд. Статья опубликована в журнале Science.
Под звуком принято понимать волны механических колебаний, которые распространяются в какой-либо среде — так, привычный для нас слышимый звук представляет собой возмущения плотности воздуха с частотой от десятков герц до десятков килогерц (то есть колебаний в секунду). При свободном распространении звуковые волны постепенно затухают — это связано с тем, что в каждый момент времени частицы, которые находятся в уплотненной области среды (то есть в окружении большого числа соседей), в среднем стремятся покинуть их и диффундировать (самопроизвольно проникнуть) в более разреженные участки. Благодаря такому процессу разброс плотности в пространстве — иными словами, амплитуда волны, — постепенно уменьшается.
Скорость этого затухания характеризует коэффициент диффузии — величина, которая определяет отношение потока частиц между двумя небольшими близкими областями среды к разности концентрации частиц в этих областях. С одной стороны, значение этого коэффициента определяется свойствами вещества на микроуровне, а с другой — его удобно измерять в эксперименте. Это облегчает исследование экзотических состояний вещества — чтобы подтверждать или опровергать теоретические модели, которые описывают коллективное поведение частиц среды, достаточно наблюдать за тем, как затухают в такой среде звуковые волны.