Φυσικοί έχουν δημιουργήσει μια νέα μορφή ύλης

Φυσικοί από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), αναφέρουν σε μια νέα μελέτη η οποία έχει δημοσιευθεί στην επιστημονική επιθεώρηση Nature, ότι έχουν δημιουργήσει μια νέα μορφή ύλης, ένα σούπερ στερεό (supersolid), το οποίο συνδυάζει τις ιδιότητες των στερεών με εκείνες των υπερρευστών.

Με τη χρήση λέιζερ για τον χειρισμό ενός υπερρευστού αερίου γνωστού ως συμπύκνωμα Bose-Einstein, η ερευνητική ομάδα ήταν σε θέση να οδηγήσει το συμπύκνωμα σε μια κβαντική φάση της ύλης η οποία έχει μια άκαμπτη δομή, σαν ένα στερεό, αλλά παράλληλα μπορεί και ρέει χωρίς αντίσταση, ένα βασικό χαρακτηριστικό ενός υπερρευστού.

Περαιτέρω μελέτες σε αυτή την φαινομενικά αντιφατική κατάσταση της ύλης, θα μπορούσε να αποφέρει βαθύτερες γνώσεις σχετικά με τα υπερρευστά και τους υπεραγωγούς, τα οποία είναι σημαντικά για βελτιώσεις στο τομέα των τεχνολογιών, όπως για παράδειγμα τους υπεραγώγιμους μαγνήτες και αισθητήρες.

«Είναι αντιφατικό να έχουμε ένα υλικό το οποίο συνδυάζει την υπερρευστότητα και τη σταθερότητα», αναφέρουν οι ερευνητές στη μελέτη τους. «Αν ο καφές σας ήταν υπερρευστό και μπορούσατε να τον αναδεύσετε, θα συνέχιζε να γυρίζει γύρω για πάντα».

Οι φυσικοί έχουν προβλέψει το ενδεχόμενο ύπαρξης supersolid, αλλά δεν τα είχαν ποτέ παρατηρήσει στο εργαστήριο. Υπέθεσαν ότι στερεό ήλιο θα μπορούσε να γίνει υπερρευστό αν άτομα ηλίου μπορούσαν να κινηθούν γύρω από ένα στερεό κρύσταλλο ηλίου, με αποτέλεσμα την μετάβαση σε supersolid. Ωστόσο έλειπε η πειραματική απόδειξη.

Στη νέα τους μελέτη, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα συνδυασμό μεθόδων ψύξης laser και ψύξης μέσω εξάτμισης για να κρυώσει άτομα του νατρίου σε θερμοκρασίες nanokelvin. Άτομα του νατρίου είναι γνωστά ως μποζόνια, λόγο του ίσου αριθμού νουκλεονίων και ηλεκτρονίων. Όταν ψύχονται κοντά στο απόλυτο μηδέν, τα μποζόνια σχηματίζουν μια υπέρρευστη κατάσταση αραιού αερίου, που ονομάζεται ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein, ή BEC.

«Η πρόκληση ήταν να προσθέσουμε κάτι στο BEC για να βεβαιωθούμε ότι ανέπτυξε ένα σχήμα ή μορφή πέρα από το χαρακτηριστικό ενός στερεού», αναφέρουν επίσης οι ερευνητές στη μελέτη τους.

Για να δημιουργήσουν την supersolid κατάσταση, η ερευνητική ομάδα χειρίστηκε την κίνηση των ατόμων των BEC, χρησιμοποιώντας ακτίνες λέιζερ εισάγοντας την «σύζευξη σπιν-τροχιάς».

Στο θάλαμο υπερύψηλου κενού τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια αρχική δέσμη λέιζερ για να μετατρέψει το ήμισυ των ατόμων του συμπυκνώματος σε μια διαφορετική κβαντική κατάσταση, ή περιστροφή, δημιουργώντας ουσιαστικά ένα μίγμα των δύο συμπυκνωμάτων Bose-Einstein. Πρόσθετες ακτίνες λέιζερ στη συνέχεια μετέφεραν άτομα μεταξύ των συμπυκνωμάτων, με μια διαδικασία που ονομάζεται «spin flip».

Οι φυσικοί είχαν προβλέψει ότι ένα «spin-flip», σε συνδυασμό με ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein θα σχημάτιζε ένα supersolid λόγω μιας αυθόρμητης διαφοροποίησης της πυκνότητας. Όπως ένα κρυσταλλικό στερεό, η πυκνότητα ενός supersolid δεν είναι πλέον σταθερή αλλά έχει ένα πολλαπλασιαστικό μοτίβο ή κύμα που ονομάζεται «stripe phase».

Επί του παρόντος, το supersolid υφίσταται μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες υπό συνθήκες υπερυψηλού κενού. Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να πραγματοποιήσει περαιτέρω πειράματα σε supersolids και στη σύζευξη σπιν-τροχιάς, έτσι ώστε να κατανοήσουν τις ιδιότητες της νέας μορφής ύλης που δημιούργησαν.

Παραπομπές

Jun-Ru Li, Jeongwon Lee, Wujie Huang, Sean Burchesky, Boris Shteynas, Furkan Çağrı Top, Alan O. Jamison, Wolfgang Ketterle. A stripe phase with supersolid properties in spin–orbit-coupled Bose–Einstein condensates. Nature (2017). DOI: 10.1038/nature21431

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *