Две групи изследователи независимо една от друга получиха в лаборатория нова екзотична форма на материята - свръхфлуидно твърдо тяло, което има кристална решетка, а тече като течност, при това без съпротивление - нещо, което противоречи на традиционната физика, разказва ScienceAlert!.
Успешният експеримент е станал през ноември 2016 г., но сега констатациите от изследванията са прегледани (рецензирани) и са публикувани в списание Nature (1, 2).
Съществуването на това екзотично състояние на материята е прогнозирано преди повече от 50 години, но никой не бе успял на практика да докаже, че то е наистина възможно. Сега две групи от американски и от швейцарски учени са създали това странно ново свръхфлуидно твърдо вещество по два различни начина.
Знаем от училище за три или четири прости състояния на материята - твърди вещества, които имат форма и обем, течности, които имат само обем и газове и плазми, които нямат нито определена форма, нито обем. Тези състояния възникват в зависимост от условия като температура и налягане и се определят от подредбата на частиците в рамките на материята.
Странното за новото състояние на материята е, че частиците са подредени в строга, солидна структура, но може да текат без вискозитет или "лепкавост" - което е ключова характеристика на свръхфлуидите.
При температури близо до абсолютната нула атомите са в най-ниското си енергийно ниво. При тези температури квантово-механичните ефекти стават забележими. В резултат на вероятностното им позициониране атомите ще са като размити топки. Това състояние се нарича Бозе-Айнщайнов кондензат и е получено преди повече от 20 години в Обединения институт за лабораторна астрофизика (JILA), Боулдър, Колорадо през 1995 година. Бозе-Айнщайновият кондензат е механизмът, по който възникват "екстремни" свойства на свръхфлуидност (движение на течност без триене) при 4Hе (изотопа хелий-4) и свръхпроводимост (ел. ток без съпротивление).
Снимка: Joint Institute for Laboratory Astrophysics
Възможността за свръхфлуидност на квантовите кристали е предсказана през 1969 г. от руските физици Андреев и Лифшиц, които предполагат, че изотопът хелий-4 може да покаже и твърди, и течни свойства едновременно при определени условия.
Групата от швейцарския ETH Цюрих (ETH Zurich) използва рубидиев газ, охладен почти до абсолютната нула. Така полученият Бозе-Айнщайнов кондензат се превръща в свръхфлуидно твърдо тяло с помощта на огледала и лазери, за сметка на оптичен резонанс. Според изследователите атомите са принудени да образуват кристал, запазвайки свръхфлуидните си свойства.
Експерименталната установка на екипа от ETH Цюрих (снимка: ETH Zurich)
Американският екип от MIT в Кеймбридж, Масачузетс, работещ под ръководството на Нобеловия лауреат Волфганг Кетерле (Wolfgang Ketterle), използва натриеви атоми. Атомите на натрия са известни като бозони, защото четния им спин се осигурява четния брой нуклони (неутрони/протони) и електрони. Когато се охладят до близо до абсолютната нула като бозони образуват Бозе-Айнщайнов кондензат, а учените ги довеждат до състоянието свръхфлуидно твърдо тяло след манипулиране на спиновото им състояние с лазери, разказва phys.org.
Експерименталната установка на Кетерле (снимка: MIT)
Трябва да се отбележи, че в научните статии терминът "свръхфлуидно твърдо тяло" (на англ. Supersolid - буквално: свръхтвърд), описва не твърдо тяло, а по-скоро кристал, притежаващ свръхфлуидност. В този случай газообразният рубидий се разпределя по клетки, образувани от полето на оптичната решетка, което означава, че атомите са принудени да образуват кристали, оставайки разреден газ.
Фактът, че тези материали могат да съществуват само при изключително ниски температури в ултра-вакуумни условия означава, че те нямат в момента някакво практическо приложение. Но по-нататъшното изучаване на това странно състояние на материята може да ни помогне да достигнем до осъществяването на свръхпроводимите материали, способни да пренасят ток с нулеви загуби.
"С нашите студени атоми, ние набелязваме какво е възможно в природата", заявява Кетерле.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари