Výzkumníci pracující s typem superchlazeného hélia způsobili, že mrazivá hmota hvízdá, což je atribut, který by podle nich mohl mimo jiné učinit jádro lepších systémů globálního určování polohy (GPS) v ponorkách a letadlech.
Ukázalo se, že trik spočívá v ochlazení specifické příchuti helia - nazývané helium-4 - až na pouhé dva stupně nad absolutní nulou (2 stupně Kelvina nebo -271 stupňů Celsia), kde se z něj stane supratekutina bez tření.
Je to supratekutina, řekli vědci, která nečekaně hvízdla, když byla protlačena malými otvory, a mohla by být základem nových supratekutých gyroskopů pro ponornou GPS navigaci a seismická měření na Zemi a ve vesmíru.
„Skutečnost, že pískají koherentně, znamená, že bychom mohli vyrobit citlivý gyroskop,“vysvětlil v telefonickém rozhovoru fyzik z UC Berkeley Richard Packard, který studii vedl.
Výzkum, který financovaly NASA a National Science Foundation, se objevil 27. ledna ve vydání časopisu Nature.
Podmořské GPS a studie zemětřesení
S téměř žádnými pohyblivými částmi slibují supratekuté gyroskopy mnohem větší citlivost na rotační pohyb než jejich mechanické protějšky, což je užitečná vlastnost vzhledem k tomu, že změny v rotaci Země musí být neustále přidávány do systému GPS.
"V současné době je rotace Země měřena radioteleskopy po celém světě," řekl Packard. "Pokud by se ale použil supratekutý gyroskop, mohl by měření provést s rychlejším obratem."
V Packardově studii bylo ochlazené kapalné helium-4 protlačeno sítí děr, z nichž každá byla 1000krát menší než šířka lidského vlasu. Ale místo stále rostoucího zrychlení dosáhla kapalina bez tření kritické rychlosti, kdy se kolem každého otvoru vytvořily mikroskopické víry a prudce zpomalily tok helia. Změny z rychlého na pomalé proudění helia způsobily vibrace detekované mikrofonem a slyšené jako kvantové hvizd postgraduálním studentem Emilem Hoskinsonem.
Vzhledem k tomu, že píšťalka mění hlasitost vzhledem k pohybu vozidla, ponorky, stejně jako lodě a letadla v oblastech, kde nemusí být k dispozici GPS, se mohou ve svých navigačních systémech spolehnout na pískající supratekuté gyroskopy.
Inerciální navigační systémy na lodích se při určování polohy spoléhají na kombinaci tří gyroskopů a tří akcelerometrů, řekl Packard.
Supratekutý gyroskop citlivý na rotaci by také mohl pomoci seismologům změřit, jak se zemský povrch kroutí během zemětřesení, a vytvořit si lepší obrázek o struktuře planety, dodal.
Teplejší alternativa
Navzdory mrazivé teplotě hélia-4 vědci uvedli, že je to ve skutečnosti teplo plynu, které z něj dělá hlavního kandidáta na supratekuté gyroskopy.
Aby kapalné helium-4 zůstalo supratekuté, musí být udržováno na asi 2 stupních Kelvina, což je teplotní rozsah nabízený v komerčně dostupných přístrojích nazývaných kryostaty. Předchozí experimenty s hvízdáním heliových gyroskopů - včetně některých od Packard - se soustředily na helium-3, které musí být udržováno mnohem chladněji (asi o jednu tisícinu stupně nad absolutní nulou) v komplikovaných chladničkách.
"Taková lednička je složitá jako raketový motor," řekl Packard. "Je tam spousta drobných drátků a hadiček… není to typ zařízení, se kterým by seismolog chtěl mít."
Gyroskopy ve vesmíru
Stejně jako supratekuté gyroskopy mohou být použity k pomoci výzkumníkům na Zemi, mohou se také ukázat jako užitečné v kosmických lodích a planetárních seismometrech.
"Krása supratekutého gyroskopu spočívá v tom, že je absolutní," řekl Packard a dodal, že zařízení by jednoho dne mohla být použita pro navigaci vesmírných lodí a studium zemětřesení na jiných planetách. "Má zvláštní znalosti o absolutní inerciální poloze."
Packard však připustil, že je toho ještě mnoho, co je potřeba udělat, v neposlední řadě je to stanovení základní citlivosti gyroskopu na bázi helia-4 a jeho začlenění do komerčně dostupného kryogenního chladiče.
Současné komerční kryogenní chladiče například generují své vlastní vibrace, které by mohly kontaminovat měření citlivého supratekutého gyroskopu.
"Takže je potřeba to odfiltrovat," řekl Packard. "Ale myslím, že to je přímočarý inženýrský úkol."
