Впервые физики услышали, как звучит нейтронная звезда

Впервые физики провели эксперимент, в котором они смогли услышать звук идеальной жидкости, 4 декабря статья об этом опубликована в журнале Science.

Это исследование может помочь понять некоторые из самых экстремальных условий во Вселенной — внутреннее состояние сверхплотных нейтронных звезд и кварк-глюонный плазменный «суп», который заполнял Вселенную сразу после Большого Взрыва.

«Довольно трудно слушать нейтронную звезду. Но теперь мы можем имитировать это в лаборатории, используя атомы. Встряхнув этот атомный суп можно услышать, как звучит нейтронная звезда»,  — сказал физик Мартин Цвирляйн из Массачусетского технологического института.

Идеальная жидкость, согласно квантовой механике, — это жидкость с наименьшим возможным трением и вязкостью. И поскольку вязкость жидкости можно определить по рассеиванию проходящего через нее звука, т. е. по диффузии звука, исследователи разработали эксперимент по распространению звуковых волн через жидкость, состоящую из фермионов.

Фермионы — это класс частиц, которые включают в себя электроны и кварки, а также частицы, состоящие из фермионов, такие как нейтроны и протоны. Фермионы связаны квантовомеханическим принципом исключения Паули. Согласно этому принципу никакие две частицы в системе (например, атом) не могут занимать одно и то же квантовое состояние. Это означает, что они не могут находиться рядом.

Используя свойства фермионов, исследователи взяли 2 миллиона атомов лития-6 и охладили их до температуры, близкой к абсолютному нулю. А удерживали эту жидкость с помощью лазеров, расположенных под углом друг к другу.

Добившись равномерности объема жидкости, ученые освещали одну ее сторону с разной интенсивностью. А с другой стороны можно было улавливать исходящий звук.

Измеренные акустические резонансы позволяют говорить о том, что жидкость, которую получили в эксперименте вполне можно считать идеальной.

«Качество резонансов говорит о вязкости жидкости или диффузии звука. Если жидкость имеет низкую вязкость, она может создавать очень сильную звуковую волну и быть очень громкой, если ударять на нужной частоте. Если это очень вязкая жидкость, то у нее нет хороших резонансов»,  — сказал Цвирляйн.

Этот эксперимент имеет довольно интересные последствия. Внутренности вращающихся нейтронных звезд, хотя и на много порядков выше по температуре и плотности, также считаются совершенными жидкостями. Они также имеют много режимов колебаний, в которых звуковые волны распространяются через звезду.