Flüssigkeitströpfchen zeigen Hinweise auf Quantenverhalten

(ISNS)--Nachdem ein Tropfen auf eine Mehrwertsteuer fällt von vibrierenden Flüssigkeit, was sie als nächstes tut könnte helfen, grundlegende Geheimnisse in der Quantenphysik zu lösen. Jetzt haben Wissenschaftler heraus, das Verhalten von solchen Tropfen, näher als jemals zuvor zugeordnet entdecken neue Wege, in denen sie sich bewegen können.

Wenn eine Mehrwertsteuer von Flüssigkeit mit zu wenig Kraft pocht, verschwindet das Tröpfchen auf es fällt lediglich in die Flüssigkeit. Mit genau die richtige Menge an Kraft aber springt die Tropfen im Ort oder sogar zu Fuß über die Oberfläche der Flüssigkeit. Es kann auch noch ungewöhnlich Verhalten. Je nachdem, wie die Flüssigkeit geschüttelt wird könnte es regelmäßig die Größen der seine Sprünge zu wechseln oder Zick-Zack über in unvorhersehbarer Weise.

Wissenschaftler finden in zunehmendem Maße, dass die Art und Weise diese wenige Tröpfchen unheimlich Verhalten imitiert seltsame Effekte, die zuvor nur auf mikroskopischer Ebene im Bereich Quanten, wo Objekte scheinbar gibt es in zwei oder mehreren Orten zur gleichen Zeit oder gleichzeitig in zwei entgegengesetzte Richtungen drehen gesehen.

Zum Beispiel hat Quantenphysik bekanntlich festgestellt, dass Partikel, die man erwarten könnte, wie Billardkugeln handeln wie die Wellen Verhalten können man vielleicht über einen Teich Plätschern. Trifft eine Welle auf der Oberfläche des Wassers eine Barriere mit zwei Schlitzen, ist es möglich, dass zwei Wellen, auf der anderen Seite, eine Reihe von Wellen, bekannt als ein Interferenzmuster entstehen. Elektronen und anderen Quantenteilchen auffällig einen Bildschirm mit zwei Löcher in ihm erzeugt ähnliche Interferenzmuster im Wesentlichen verhält sich wie ein Teilchen oder eine Welle auf verschiedene Teile seiner Reise.

Es stellt sich heraus die Wellen, die ein Tröpfchen erzeugt, wie es Löcher in Hindernisse in einem Bottich von vibrierenden Fluid erstellt ähnliche Muster der Wellen unter Wasser aufprallt. "In gewisser Weise verhält er sich wie ein Teilchen, in gewisser Weise wie eine Welle", sagte Forscher John Bush, ein angewandter Mathematiker und Flüssigkeit 737NG am Massachusetts Institute of Technology.

Diese Tropfen Verhalten entspricht einer lange vernachlässigten Versuch zu erklären, das wellenartige Verhalten der Quantenteilchen. In den frühen Tagen der Quantenphysik schlug der französische Physiker Louis de Broglie Quantenteilchen auf Führung Wellen eines Typs, wie eine Boje auf einer Welle entlang getragen werden. Da keine physische Beispiel für diese so genannte pilot Wellentheorie entdeckt wurde, wurde es zum größten Teil verlassen – diese Tröpfchen Prellen und vibrierenden Flüssigkeiten, entdeckt im Jahr 2005 von dem französischen Physiker Yves Couder, markieren das erste echte Beispiel Pilot-Wellen-Theorie, da es mehr als 80 Jahren vorgeschlagen wurde, sagte Bush.

Diese neueste Erkenntnisse konnte die Frage, ob wiederbeleben gibt es eine geheime Basis zur Quantenphysik. Pilot-Welle Systeme sind chaotisch, wie Wetter-Systeme – sie reagieren empfindlich auf Störungen in einer Weise, die probabilistische, genau wie Quantenteilchen Verhalten machen kann.

"Wenn Pilot-Wave Systems die Geheimnisse der Quantenmechanik mit Dynamik reproduziert werden können, die Sie beobachten können, gibt es eine Möglichkeit, die sie könnten Hinweise darauf geben, wie die Dynamik auf der Quanten-Skala funktionieren könnte", sagte Bush.

Jetzt Bush und seine Kollegen haben die detaillierteste Analyse noch wie Tröpfchen hüpfen und gehen auf die zitternde Flüssigkeiten durchgeführt. Sie entdeckten auch unerwartet eine exotische neue Art des Gehens Drop, aber auch mit einer gemischten Gang, Wechsel der Geschwindigkeiten, an denen sie nach oben und unten prallte.

Die Wissenschaftler erforscht wie Tröpfchen verschiedenster Größen und Viskositäten – ihr Niveau der Strömungswiderstand – verhielt sich auf Flüssigkeit auf eine Vielzahl von Frequenzen vibriert. Der experimentelle Aufbau beteiligt einem runden Tablett mit Silikonöl angerempelt oben und unten von einem industriellen Shaker gefüllt. 400 μm bis 1.000 µm breite sinkt – über vier bis 10 Mal die durchschnittliche Breite eines menschlichen Haares – entstanden durch schnell Eintauchen der Nadel in die Flüssigkeit und Hochgeschwindigkeitskameras, die half, die Breite der Tröpfchen zu messen und ihr Verhalten zu erfassen.

"Die Experimente sind sehr zart, empfindlich auf externe Vibrationen", sagte Bush. "Wir hatten Angst vor den Auswirkungen der vorbeifahrenden u-Bahn."

Bleibt es ungewiss welche Erkenntnisse der Forscher-Entdeckung ergeben könnte, aber die Ergebnisse sind theoretische Modelle Bush zu stärken und seine Kollegen wurden entwickelt, um das Verhalten von diesen Tropfen zu beschreiben. Ihre Bemühungen die Chancen der Entdeckung flüssige Analoga in das Reich der Quanten verbessern können, sagte Bush. Ihre jüngsten Forschungsergebnisse sind detailliert in einem Trio von Papieren erscheinen im August, zwei in der Zeitschrift der Strömungsmechanik und der dritte in der Zeitschrift Physik der Flüssigkeiten.

"Wir haben jetzt eine ganz neue Herangehensweise an das Problem die Quantenwelt zu beschreiben", sagte theoretischer Physiker Antony Valentini an der Clemson University in South Carolina, der nicht an dieser Studie teilgenommen habe.

"Diese analoge Modelle werden sicherlich neue theoretische Ideen sowie inspirieren uns zu überdenken, de Broglie originelle Ideen aus den 1920er Jahren vorschlagen. Die Modelle dürften auch darauf, neue Wege in denen Quantenmechanik, brechen könnte sowie darauf hindeutet, wie Quantentheorie geändert werden könnte."

In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics. Charles Q. Choi ist ein freier Wissenschaftsjournalist mit Sitz in New York City, der für die New York Times, Scientific American, Wired, Wissenschaft, Natur und viele andere Nachrichtenagenturen geschrieben hat.