Forskersonen er forskning.nos side for debatt og populærvitenskap

Er du ein av dei som brenn deg på tomaten, eller den høgst kontroversielle ananasen, på pizzaen? Ved å sjå på varmekapasiteten til pizzaingrediensane kan ein finna ut kvifor. 

Varmekapasiteten seiar noko om kor mykje varme som må til for å auka temperaturen til ein gjenstand. Når du tek ein rykande fersk pizza rett ut av omnen har heile pizzaen den same temperaturen. Samstundes som heile pizzaen har den same temperaturen, kan tunga di oppleva nokre delar av pizzaen som varmare. Det er fordi ingrediensane har ulik varmekapasitet. 

Tomat og ananas inneheld mykje vatn, som har høg varmekapasitet, medan pizzabotnen har lågare varmekapasitet. Difor verkar ikkje pizzabotnen lika varm når du et han. Jo høgare varmekapasiteten er, dess raskare kan varmen frå pizzaen verte utveksla med munnen din, og sjansen for å verta brent vert større.

Måling av varmekapasitet

Måling av varmekapasitet vert nytta til mykje meir enn å forstå kvifor ein brenn seg på tomatar. I fysikken kan ein nytta målingar av varmekapasitet til å visa at glas har ein spesiell eigenskap, der varmekapasiteten deira plutseleg aukar meir enn det ein forventar. Denne aukinga vert kalla ein boson-topp. 

Ein kan finna boson-toppen i nokre spesielle materiale, til dømes glas, ved ein bestemt temperatur. Me går attende til pizzaen for å forklara, og latar som at pizzabotnen ter seg som eit glas med ein boson-topp kring 230 gradar. Til vanleg steikjer du pizzaen din på 220 gradar, men denne gongen var du litt uforsiktig og stilte omnen feil. Pizzaen vert no steikt på 230 gradar. 

Du er kanskje vant til at du kan ta på pizzabotnen ganske raskt etter at pizzaen er ute av omnen utan større problem. No derimot, rekk du så vidt strekka deg etter det fyrste stykket føyr du trekk handa til deg. Sjølv om pizzaen berre er 10 gradar varmare, kjennes botnen glovarm ut. Kanskje fekk du til og med brannsår på fingrane. 

Eit par minutt seinare, når pizzaen har fått kjøla seg litt ned, kan du ta på botnen utan nokre problem. Hadde pizzabotnen hatt ein boson-topp, hadde du kunna opplevd den slik – plutseleg auka varmekapasiteten til pizzabotnen dramatisk, noko som gjorde at han utveksla varme med handa di særs raskt.

Tynne glas

På Universitetet i Bergen har me nytta eksperimentell forsking for å visa for fyrste gong at todimensjonale glas har ein boson-topp. At glaset er todimensjonalt tydar at det er veldig tynt i ein retning. Som eit papirark, berre enno tynnare. Me har nytta heliumatom til å studera verdas tynnaste glas, som berre er to atom tjukt. 

Dei fleste kjende teknikkar som vert nytta til å studera boson-toppen trenger seg gjennom overflata til materiala som vert studerte. Det gjer dei ueigna til å studera dei tynnaste materiala, då dei berre går rett i gjennom. Difor har me nytta heliumatom, som vert spreidd på overflata til materialet.

Heliumatomspreiing - som å kasta ballar mot ei trampoline

Å gjennomføra eit eksperiment med heliumatomspreiing er litt som å kasta ballar mot ei trampoline. Me veit kor mykje energi me nytta for å kasta ballen. Når ballen treff trampolinen kan det vera at han byrjar å vibrera. Dette får ballen til å mista litt energi i samanstøyten. 

Samstundes kan trampolinen nokre gongar allereie vibrera, og då kan han sparka ballen ut at med litt meir energi enn han hadde før samanstøyten. Ut frå desse observasjonane kan me finna ut korleis trampolinen vibrerer, ved å måla eit vibrasjonsspektrum. 

Vibrasjonane i glasprøva vår er knyte til glaset sin varmekapasitet, og dermed kan me måla varmekapasitetsfenomenet boson-toppen i dei. Med eksperimentet vårt har me vist eksperimentelt for fyrste gong at todimensjonale glas har ein boson-topp.

Å visa at todimensjonale materiale har ein boson-topp er eit viktig framsteg i seg sjølv. I tillegg vil ei betre forståing av todimensjonale glas vera viktig for til dømes å utvikla fleksible materiale. Bøyelege skjermar, kunstige musklar og kunstige organ er nokre døme der todimensjonale glas kan vera ein viktig komponent.

Dessa resultata er no publisert i Nature Physics.