Ci sono due velocità del suono in un condensato di Bose-Einstein. Oltre alla normale propagazione del suono c'è un secondo suono, che è un fenomeno quantistico. Gli scienziati del gruppo di Ludwig Mathey dell'Università di Amburgo hanno presentato una nuova teoria per questo fenomeno.

Quando salti in un lago e tieni la testa sott'acqua, tutto suona diverso. A parte la diversa risposta fisiologica delle nostre orecchie in aria e in acqua, questo deriva dalla diversa propagazione del suono in acqua rispetto all'aria. Il suono viaggia più veloce nell'acqua, check-in a 1493 m/s, in una confortevole giornata estiva di 25°C. Altri liquidi hanno una propria velocità del suono, come l'alcol con 1144 m/s, ed elio, se si va ad un abbattimento di -269°C per il suo stato liquefatto, con 180 m/s.

Questi liquidi sono indicati come liquidi classici, esempi per uno degli stati primari della materia. Ma se raffreddiamo quell'elio di qualche grado in più, accade qualcosa di drammatico, si trasforma in un liquido quantistico. Questa esposizione macroscopica della meccanica quantistica è un superfluido, un liquido che scorre senza attrito.

Quindi cosa senti se prendi la sfortunata decisione di infilare la testa in questo liquido? Sorprendentemente, sentirai lo stesso suono due volte. Oltre al normale suono di un liquido c'è il fenomeno del secondo suono che deriva dalla natura quantistica di questo liquido. Se qualcuno ti dice qualcosa mentre sei immerso nell'elio superfluido, lo sentirai come primo suono per primo, e poi avere una seconda possibilità di ascoltare quando arriva come secondo suono, anche se fortemente in sordina. Per l'elio superfluido, il secondo suono è un po' più lento del primo suono, con 25 m/s contro 250 m/s, tra 1 e 2 Kelvin.

Mentre la teoria convenzionale del secondo suono ha avuto successo per l'elio superfluido, l'aumento dei condensati di Bose-Einstein di atomi ultrafreddi ha posto nuove sfide. Un team di scienziati guidati da Ludwig Mathey dell'Università di Amburgo ha presentato una nuova teoria che cattura il secondo suono in questi liquidi quantistici, recentemente pubblicato in Revisione fisica A .

"Per l'elio superfluido, il secondo suono è più lento del primo suono, " spiega il coautore Vijay Singh, "ma siamo rimasti stupiti nello scoprire che questo non è necessariamente vero, che il secondo impulso può essere più veloce." Era necessario un nuovo approccio teorico per catturare questo. I problemi moderni richiedono soluzioni moderne, come dicono.

"Abbiamo generalizzato il percorso di Feynman integrale per espandere la teoria dei superfluidi, " descrive l'autore principale Ilias Seifie il progresso concettuale. Mentre il percorso integrale, brillantemente concepito da Richard Feynman, formula la meccanica quantistica come una somma su traiettorie, queste stesse traiettorie sono classiche. "Abbiamo modificato l'aspetto di queste traiettorie", continua Seifie, "nel nostro percorso integrale contengono informazioni sulle fluttuazioni quantistiche". Immagina un noodle da piscina che si estende da A a B come la visualizzazione di un uomo povero di una traiettoria che entra nell'integrale del percorso di Feynman. La sezione della pasta è più o meno rotonda con un diametro costante lungo la sua lunghezza. Ma nel nuovo percorso integrale, la forma della sezione trasversale può variare, può assumere forme ellittiche, immagina di spremere insieme i noodle della piscina. opportunamente, i fisici si riferiscono a questi stati della meccanica quantistica come stati schiacciati.

"Questo approccio è ampiamente applicabile, " spiega Ludwig Mathey, "può essere applicato a qualsiasi metodo basato su integrali di percorso." Infatti, si può immaginare che molti fenomeni all'interfaccia tra fisica quantistica e classica possano essere meglio compresi con questo approccio. Si potrebbe semplicemente spremere un po' più di intuizione dalla natura con questa nuova struttura.