V zadnjem letošnjem znanstvenem BritOFFu poročamo o meritvi hitrosti zvoka v hladnem atomskem plinu.

Močne interakcije med delci zaenkrat ostajajo bistven teoretski izziv za sodobno fiziko, saj je iz mikroskopskih modelov zelo težko dobro napovedati splošne lastnosti sistema, denimo viskoznost (kot jih izmerimo z eksperimenti). Pojavi, povezani z močnimi interakcijami, na povsem banalni ravni predstavljajo tehnološki horizont, zato poglobljeno razumevanje na tem področju znanost zasleduje že nekaj desetletij.

V zadnjih 15 letih je predvidevanje in opazovanje omejitev za kvantnomehansko viskoznost postala popularna tema. Eden izmed prvih odmevnih člankov s tega področja je holografski rezultat Kovtuna, Sona in Staritetsa iz leta 2005, ki predvideva veliko nižjo spodnjo mejo za viskoznost kot druge teorije močno interagirajoče snovi. Ravno njihova številka pa je kompatibilna z eksperimenti v relativističnih trkih velikih ionov.

Eden izmed redkih načinov za testiranje te vrste teorij v sodobni fiziki so sistemi hladnih atomskih plinov. V eksperimentu, ki ga je izvedla skupina francoskih in nemških znanstvenic in znanstvenikov, so plin litijevih atomov ohladili do zelo nizkih temperatur. V teh okoliščinah postane za obnašanje plina pomembna njegova kvantna narava.

Tako ohlajeni atomski plin so ujeli v zelo ozko past, da se je obnašal kot dvodimenzionalni sistem. V njem so na enem robu z laserjem vzbujali motnje v gostoti delcev in opazovali njihovo širjenje po sistemu, čemur običajno rečemo zvok. Širjenje motnje skozi plin so primerjali pri različnih stopnjah sklopitve oziroma interakcije med atomi, kar v teh sortah eksperimentov nadzorujejo z oscilirajočim magnetnim poljem.

Pri tem plinu bi bilo morda bolj nazorno govoriti o tekočini ali celo medu - gre namreč za težko zmes, kjer se konstituenti zelo pogosto sipajo eden na drugem. Kljub močnemu sipanju pa so fizičarke in fiziki opazili spodnjo mejo za difuzijo, torej širjenje zvočnih in drugih motenj skozi snov. Omejitev na to količino očitno dajejo lokalne interakcije, tako da onemogočajo njihovo širjenje v posebnem razmerju do tega, kolikor jih širijo.

Omejitev eksperimenta je, da ne omogoča vpogleda v temperaturno odvisnost preiskovanih količin, po drugi strani pa rezultati ne zahtevajo posebnega, tako imenovanega kvantnega kritičnega režima. To implicira, da so rezultati pomembni v širšem smislu, kot se je zdelo do sedaj. Podobno omejitev za difuzijo so sicer opazili tudi pred približno desetletjem v nekoliko drugačnem eksperimentu, z novimi meritvami zvoka pa domneve o najmanjših možnih vrednostih za disipacije pridobivajo vedno večjo kredibilnost.