MIT 과학자들은 처음으로 초유체에서 직접적으로 "두 번째 소리"의 징후를 포착했습니다. 이상한 현상은 열이 비정상적인 물질 상태를 통해 음파처럼 이동할 때 발생합니다. 우리의 일상 경험에서 열에너지는 주변으로 빠져나갑니다. 더 뜨거운 물체는 평형에 도달할 때까지 가열하면서 근처의 다른 물질의 온도까지 냉각됩니다. 그러나 비전통적인 재료에서는 물리학이 직관에 반하는 방식으로 작동할 수 있습니다.
초유체는 점도가 0인 희귀한 물질 상태입니다. 즉, 물질은 저항이나 마찰 없이 흐를 수 있습니다. 열은 음파와 같은 초유체로 흐를 수 있어야 한다는 것이 오랫동안 예측되어 왔으며, 따라서 "제2의 소리"라는 이름이 붙여졌지만 지금까지 직접적으로 관찰된 적은 없습니다.
연구 저자이자 조교수인 Richard Fletcher는 "물탱크가 있고 물의 절반을 거의 끓게 만드는 것과 같습니다."라고 말했습니다. “그렇게 보면 물 자체는 완전히 고요해 보이지만 갑자기 반대쪽이 뜨거워지고, 반대쪽은 다시 뜨거워지며 열이 앞뒤로 흐르고 물은 완전히 고요해 보입니다.
이 현상을 이미지화하기 위해 연구자들은 열을 감지하는 완전히 새로운 방법을 만들어야 했습니다. 일반적으로 적외선 센서가 사용되지만 초유체를 생성하려면 양자 가스를 거의 절대 영도까지 냉각해야 하며 적외선 복사는 그렇게 낮은 온도에서는 방출되지 않습니다. 그래서 팀은 라디오로 눈을 돌렸습니다.
연구진은 리튬-6 페르미온으로 구성된 양자 가스를 사용하여 페르미온의 온도가 높을수록 공명하는 주파수가 높아진다는 사실을 발견했습니다. 팀은 가스에 더 높은 무선 주파수를 적용하여 그 안에 있는 더 뜨거운 페르미온이 반응하여 공명하도록 했습니다. 어떤 페르미온이 서로 다른 시간에 공명하는지 추적함으로써 과학자들은 열파가 앞뒤로 흔들릴 때 "두 번째 소리"를 포착할 수 있습니다.
이번 연구의 제1저자인 Martin Zwierlein은 다음과 같이 말했습니다. "처음으로 우리는 이 물질이 초유체 임계 온도까지 냉각되는 동안 사진을 찍을 수 있었고, 이것이 지루한 열 평형을 갖는 일반 유체에서 열이 앞뒤로 미끄러지는 초유체로 어떻게 전환되는지 직접 볼 수 있었습니다."
연구팀은 이 이상한 현상을 관찰하면 과학자들이 초전도체와 중성자 별을 포함한 희귀한 물질 상태의 열 전도도를 더 잘 이해하고 더 나은 시스템을 설계하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다.
해당 연구는 사이언스 저널에 게재됐다.