Физики впервые перемешали сверхтвердое тело, доказав его причудливую двойственную природу
Ученые в среду заявили, что им впервые удалось перемешать странную материю под названием «сверхтвердое тело», которая одновременно является твердой и текучей, предоставив прямое доказательство двойственной природы этой квантовой странности.
В повседневной жизни существует четыре состояния материи – твердое, жидкое, газообразное и, реже, плазма.
Но физики уже давно исследуют так называемые «экзотические» состояния материи, которые создаются на невероятно высоких уровнях энергии. или температура настолько низкая, что приближается к абсолютному нулю (-273,15 градусов по Цельсию или -459,67 градусов по Фаренгейту).
Under В этих экстремальных условиях материя начинает вести себя совсем не так, как мы привыкли.
Жидкости, такие как жидкость или газ может иметь большее или меньшее сопротивление потоку, которое измеряется вязкостью. Мед, например, более вязкий, чем вода.
Сверхжидкости, чрезвычайно холодное экзотическое вещество, не имеют вязкость – сопротивления нет, поэтому они текут свободно.
Если в чашке размешивали сверхтекучую жидкость, она будет течь бесконечно, не замедляясь.
Более полувека назад физики предсказали существование «сверхтвердое» состояние.
Это материя, обладающая свойствами как твердого тела, так и сверхтекучего, в котором часть атомов проходит без трения через решетку – регулярное расположение точек или объектов – жесткой кристаллической структуры.
‘Как дырки в сыре Грюйер’
Ранее исследователям удавалось наблюдать эти кристаллические структуры внутри сверхтвердых тел несколькими способами.
Однако прямое наблюдение причудливого способа течения этой материи остается неуловимым, говорит Франческа Ферлайно, физик из австрийского университета Инсбрука.
Пока новое исследование под руководством Ферлайно не было опубликовано в журнале Nature в среду.
/mrec —>
Команде удалось перемешать сверхтекучее тело, чтобы наблюдать крошечные водовороты, называемые квантованными вихрями, которые являются «дымящимся пистолетом сверхтекучести», рассказал Ферлайно AFP.
«Представь, что у тебя есть чашка кофе, и ты слегка помешиваешь ее ложкой», — объяснила она.
«Вы увидите, как кофе вращается вокруг центра, и если вы присмотритесь, посередине может быть водоворот, где жидкость кружится быстрее всего. Это классический пример вихря в обычной жидкости.»
Теперь представьте, что кофе заменен на сверхтекучесть.
«Если вы будете медленно крутить ложку, вы удивитесь, увидев, что сверхтекучесть вообще не вращается вместе с ложкой – она остается совершенно неподвижной, как будто ее ничего не тревожит», – сказал Ферлайно.
«Это как маленькие дырочки в жидкости, каждая из которых вращается с определенной скоростью», — объяснила она.
«Вместо этого они располагаются красивыми, регулярными узорами на поверхности сверхтекучей жидкости, почти как дырки в куске сыра Грюйер, но идеально организованы.»
Взрывающиеся звезды
В 2021 году команда Инсбрукского университета создала долгоживущее двумерное сверхтвердое тело, охладив отдельные атомы и молекулы до чрезвычайно высокой температуры. низкие температуры в лаборатории.
«Следующий шаг – разработка способа перемешивания сверхтвердого тела без разрушения его хрупкое состояние – требуется еще большая точность», — сказала ведущий автор исследования Ева Казотти.
Команда использовала магнитные поля. аккуратно вращать их супертела, перемешивая их, создавая красивые квантованные вихри.
«Наши результаты дают нам сильное, прямое доказательство двойственной природы сверхтвёрдого состояния», — сказал Ферлайно.
Исследователи говорят, что прорыв позволит моделировать в лаборатории явления, которые обычно происходят только в действительно экстремальных условиях.
Это включает в себя то, что происходит в сердце нейтронных звезд, невероятно плотных и компактных ядрах, остающихся после того, как массивные звезды становятся сверхновыми.
«Предполагается, что изменения скорости вращения, наблюдаемые в нейтронных звездах — так называемые глитчи — вызваны сверхтекучими вихрями, захваченными внутри нейтронных звезд», — заявил в своем заявлении Томас Блэнд, работавший над проектом. p>
© Agence France-Presse
