التقط علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إشارات على وجود "صوت ثان" مباشرة في سائل فائق للمرة الأولى. وتحدث هذه الظاهرة الغريبة عندما تنتقل الحرارة مثل الموجات الصوتية عبر حالة غير عادية من المادة. في تجربتنا اليومية، تهرب الطاقة الحرارية إلى المناطق المحيطة. يبرد الجسم الأكثر سخونة إلى درجة حرارة المواد القريبة الأخرى بينما يتم تسخينها حتى يتم الوصول إلى التوازن. ومع ذلك، في المواد غير التقليدية، يمكن للفيزياء أن تعمل بطرق غير بديهية.
السائل الفائق هو حالة نادرة من المادة عديمة اللزوجة، مما يعني أن المادة يمكن أن تتدفق دون أي مقاومة أو احتكاك. لقد كان من المتوقع منذ فترة طويلة أن الحرارة يجب أن تكون قادرة على التدفق في السوائل الفائقة مثل الموجات الصوتية، ومن هنا جاء اسم "الصوت الثاني"، ولكن لم يتم ملاحظة ذلك بشكل مباشر حتى الآن.
وقال مؤلف الدراسة ريتشارد فليتشر، الأستاذ المساعد: "يبدو الأمر كما لو أن لديك خزان ماء وتجعل نصفه يغلي تقريبا". "إذا نظرت بعد ذلك، فقد يبدو الماء نفسه ساكنًا تمامًا، ولكن فجأة يصبح الجانب الآخر ساخنًا، ثم يصبح الجانب الآخر ساخنًا مرة أخرى، وتتدفق الحرارة ذهابًا وإيابًا، بينما يبدو الماء ساكنًا تمامًا.
لتصوير هذه الظاهرة، كان على الباحثين إنشاء طريقة جديدة تمامًا للكشف عن الحرارة. عادةً ما يتم استخدام مستشعرات الأشعة تحت الحمراء، لكن إنشاء سائل فائق يتطلب تبريد الغاز الكمومي إلى الصفر المطلق تقريبًا، ولا ينبعث الأشعة تحت الحمراء عند درجات الحرارة المنخفضة هذه. لذلك تحول الفريق إلى الراديو.
استخدم الباحثون غازًا كميًا مكونًا من فرميونات الليثيوم 6، ووجدوا أنه كلما ارتفعت درجة حرارة هذه الفرميونات، زاد تردد رنينها. طبق الفريق ترددات راديوية أعلى على الغاز، مما تسبب في رنين الفرميونات الأكثر سخونة داخله استجابةً لذلك. ومن خلال تتبع الفرميونات التي يتردد صداها في أوقات مختلفة، يمكن للعلماء التقاط "الصوت الثاني" عندما تتأرجح موجات الحرارة ذهابًا وإيابًا.
وقال مارتن زويرلاين، المؤلف الأول للدراسة: "لأول مرة يمكننا التقاط صور لهذه المادة وهي تبرد إلى درجة الحرارة الحرجة للسائل الفائق ونرى مباشرة كيف تتحول من سائل عادي مع توازن حراري ممل إلى سائل فائق مع انزلاق الحرارة ذهابا وإيابا".
يقول الفريق إن مراقبة هذه الظاهرة الغريبة يمكن أن تساعد العلماء على فهم موصلية الحرارة بشكل أفضل في الحالات النادرة للمادة، بما في ذلك الموصلات الفائقة والنجوم النيوترونية، وبالتالي مساعدتهم على تصميم أنظمة أفضل.
وقد نشر البحث في مجلة العلوم.