Tương tự thủy động lực học của bức xạ từ dầu mỏ 17.02.2023

Các nhà khoa học Mỹ và Pháp đã thu được trong một bình chứa dầu đang rung động một chất tương tự thủy động lực học của bức xạ - một hiệu ứng từ quang học lượng tử. Do các rung động, sóng hình thành trên bề mặt dầu, gây ra sự xuất hiện của các giọt, giống như các nhóm nguyên tử có thể phát ra ánh sáng thông qua tương tác tập thể với nhau. Thí nghiệm của các nhà vật lý đã làm nổi bật các tính năng của hiệu ứng lượng tử và cũng sẽ tìm thấy ứng dụng trong tính toán các hệ thống thủy động lực học.

Khi các nguyên tử trong một quần thể ở rất gần nhau, cách nhau chưa đến một bước sóng, chúng tương tác với nhau thông qua một trường điện từ, cho phép chúng phát ra các photon tập thể và ở cường độ lớn hơn bất kỳ nguyên tử riêng lẻ nào. Hiện tượng này được gọi là siêu bức xạ và không chỉ được các nhà khoa học quan tâm về mặt lý thuyết mà còn được quan tâm trong thực tế, bởi vì nó có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực liên quan đến quang học: từ laser đến công nghệ thông tin lượng tử.

Trong nghiên cứu của mình, các nhà vật lý tại Viện Công nghệ Massachusetts đã chứng minh một hiện tượng tương tự như siêu bức xạ, nhưng trong một bình chứa đầy dầu.

Việc tạo ra các chất tương tự thủy động lực học của các hiện tượng lượng tử, cũng dựa trên sóng, các nhà vật lý đã làm trong một thời gian dài. Ví dụ, có các phiên bản thủy động lực học của hiệu ứng Casimir, hiệu ứng Aharonov-Bohm và thậm chí cả các thí nghiệm với lỗ tối. Chúng cho phép nghiên cứu các hiện tượng khó hoặc thậm chí không thể nghiên cứu trực tiếp. Trong các thí nghiệm của họ, các nhà vật lý đã cố gắng khắc phục một số đặc điểm cơ bản của siêu bức xạ bằng cách tái tạo nó trong một bình rung bằng dầu, trong đó các khoang ở đáy đóng vai trò là các nguyên tử và bức xạ biểu hiện dưới dạng các giọt sóng trên bề mặt. kết nối giữa chúng.

Đối với nghiên cứu, các nhà khoa học đã tạo ra một thùng chứa có hai hốc sâu 6 mm và đường kính 7 mm, khoảng cách giữa chúng thay đổi trong khoảng từ 8 đến 12 mm. Chúng đóng vai trò là bộ cộng hưởng, trên đó dầu được đổ thành một lớp mỏng 0,75 mm. Toàn bộ cấu trúc chịu rung động với tần số 39 hertz với các biên độ khác nhau, mà các nhà vật lý đã chọn để vượt qua cái gọi là ranh giới Faraday - ranh giới mà bên ngoài đó các gợn sóng (sóng Faraday) xuất hiện trên bề mặt. Hóa ra, ngay cả ở những khoảng cách đáng kể như vậy, trường sóng nhiễu loạn của một bộ cộng hưởng này có thể chạm tới một bộ cộng hưởng khác, điều này giúp chúng có thể thực hiện các tương tác tầm xa.

Màng ruột biểu hiện mạnh mẽ nhất phía trên các bộ cộng hưởng, gần đó các giọt nước tách ra khỏi bề mặt. Do sóng của cả hai bộ cộng hưởng gặp nhau và giao thoa nên điều này cũng ảnh hưởng đến sự hình thành các giọt nước. Số giọt vật lý hình thành mỗi giây được coi là bức xạ. Trong hệ thống mà họ tạo ra, sự xuất hiện của các giọt tương tự như sự phát xạ của một photon thông qua tương tác tập thể của các nguyên tử.

Ngoài sự khuếch đại bức xạ, thí nghiệm thủy động lực học với siêu bức xạ còn có một số đặc điểm chính khác chung với siêu bức xạ từ quang học lượng tử. Một dạng hình học khác của bộ cộng hưởng sẽ giúp tái tạo bức xạ phụ. Như các nhà nghiên cứu viết, sự hình thành các giọt trong hệ thống của họ sẽ trở thành một nền tảng mới để nghiên cứu các chất tương tự thủy động lực học của hiện tượng bức xạ tập thể của các hạt và tiếp tục mở rộng lĩnh vực tương tự thủy động lực học của các hiện tượng lượng tử.