Otprilike pola veka, fizičari su zbunjivali vibracije u staklu na niskim temperaturama. Razlog: staklo nosi zvučne talase i vibracije drugačije od drugih čvrstih materija — ono „vibrira drugačije“. Ali zašto? A kako se pravilno izračunava širenje zvuka u staklu?
Dvojica fizičara sa Univerziteta u Konstancu, Matijas Fuks i Florijan Vogel, sada su pronašli rešenje — preuzeli su stari model, koji je nastao pre oko 20 godina i koji su stručnjaci u to vreme odbacili, i preradili ga. Njihov novi pogled na staru teoriju je sada objavljen u časopisu Phisical Reviev Letters.
Ako šaljete zvučne talase kroz staklo i merite ih veoma precizno, primetićete izvesno prigušivanje vibracija koje nema kod drugih čvrstih tela. Ima dalekosežne posledice po termička svojstva stakla, kao što su prenos toplote i toplotni kapaciteti. Efekat je dobro poznat u fizici, ali do sada nije postojao teorijski model koji bi ga mogao ispravno opisati — i obezbediti okvir za složenije proračune širenja zvuka u staklu.
Čaše su neuređene čvrste materije. Za razliku od kristalnih čvrstih materija, čestice koje čine staklo nisu pravilno raspoređene. U većini čvrstih materija, čestice se nalaze skoro savršeno „postrojene“, poput građevinskih blokova raspoređenih u preciznu rešetku. Kada se talasasta vibracija pobuđuje u takvim kristalnim čvrstim materijama na niskim temperaturama, čestice prenose vibraciju na svoje susede bez prigušenja. Vibracija se odvija u ravnomernom talasu bez gubitaka, uporedivim sa la-ola talasom na stadionu.
U staklu nije tako. Njegove čestice nisu raspoređene u regularnu rešetku, već imaju nasumične pozicije bez strogog reda. Nadolazeći talasi oscilovanja se ne prenose po jednoličnom obrascu. Umesto toga, vibracije stižu do nasumičnih položaja čestica i prenose se napred u odgovarajuće nasumičnom obrascu.
Rezultat je da se jednolični talas lomi i raspršuje u nekoliko manjih talasa. Ovaj efekat disperzije izaziva prigušenje. Fizičar Lord Rejli je koristio ovaj mehanizam rasejanja svetlosti nepravilnostima u atmosferi da objasni plavu boju neba, zbog čega se ovaj efekat naziva „Rejlijevo prigušivanje“.
Pre oko 20 godina, fizičari Mark Mezard, Đorđo Parizi (Nobelova nagrada za fiziku 2021), Entoni Zi i kolege opisali su ove anomalije u staklu modelom oscilacija na slučajnim pozicijama poznatim kao „Euklidski slučajni matrični pristup“ (ERM). „Jednostavan model koji je u osnovi bio rešenje“, kaže Matijas Fuks, profesor teorije meke kondenzovane materije na Univerzitetu u Konstancu. Međutim, model je i dalje imao neke nedoslednosti i stoga su ga stručnjaci odbacili — i pao je u zaborav.
Matijas Fuks i njegov kolega Florijan Vogel ponovo su preuzeli stari model. Pronašli su rešenja za otvorena pitanja na koja naučna zajednica u to vreme nije mogla da odgovori i ispitali su revidirani model gledajući njegove Fajnmanove dijagrame. Ove korisne grafove uveo je Ričard Fajnman u kvantnu teoriju polja i otkrili su pravilnosti u obrascima rasejanih talasa.
Rezultati Matijasa Fuksa i Florijana Vogela dali su realne proračune širenja zvuka i efekta prigušenja u staklu. „Mezard, Parisi i Zee su bili tačni u svom pronicljivom modelu – harmonične oscilacije u neuređenom rasporedu objašnjavaju anomalije stakla na niskim temperaturama“, objašnjava Fuchs.
Ponovo otkriveni model, međutim, daleko je od kraja priče. „Za nas je to polazna tačka: pronašli smo pravi model koji sada možemo da koristimo za dalje proračune, posebno za kvantnomehaničke efekte“, kaže Matijas Fuks. „Dobre vibracije“ za istraživanje.
