В сверхтекучей Вселенной нет ограничения скорости. Теперь мы знаем почему

В сверхтекучей Вселенной нет ограничения скорости. Теперь мы знаем почему

В холодной плотной среде сверхтекучей жидкости гелий-3 ученые недавно сделали неожиданное открытие. Посторонний предмет, движущийся через среду, может превысить критическую скорость, не повредив при этом хрупкую сверхтекучую жидкость.

Поскольку это противоречит нашему пониманию сверхтекучести, это представляло собой настоящую загадку, но теперь, воссоздав и изучив это явление, физики выяснили, как это происходит. Частицы в сверхтекучей жидкости прилипают к объекту, защищая его от взаимодействия с объемной сверхтекучей жидкостью, таким образом, предотвращая распад сверхтекучей жидкости.

«Сверхтекучий гелий-3 ощущается как вакуум для движущегося через него стержня, хотя это относительно плотная жидкость. Сопротивления нет, никакого сопротивления», — сказал физик Самули Аутти из Ланкастерского университета в Великобритании. «Я нахожу это очень интригующим».

Сверхтекучая жидкость — это жидкость, которая имеет нулевую вязкость и нулевое трение и поэтому течет без потери кинетической энергии. Их относительно легко сделать из бозонов изотопа гелия-4, которые при охлаждении до уровня чуть выше абсолютного нуля замедляются достаточно, чтобы перекрываться и образовывать кластер атомов с высокой плотностью, действующих как один «суператом».

Однако эти «суператомы» образуют только один тип сверхтекучей жидкости. Другой основан на родном брате бозона, фермионе. Фермионы — это частицы, которые включают атомные строительные блоки, такие как электроны и кварки.

При охлаждении ниже определенной температуры фермионы связываются в так называемые куперовские пары, каждая из которых состоит из двух фермионов, которые вместе образуют составной бозон. Эти куперовские пары ведут себя точно так же, как бозоны, и поэтому могут образовывать сверхтекучую жидкость.

Команда создала свою фермионную сверхтекучую жидкость из гелия-3, редкого изотопа гелия, в котором отсутствует один нейтрон. При охлаждении до одной десятитысячной градуса выше абсолютного нуля (0,0001 Кельвина, или -273,15 градусов Цельсия / -459,67 градусов по Фаренгейту) гелий-3 образует пары Купера.

Эти сверхтекучие жидкости довольно хрупкие, и куперовские пары могут распасться, если объект движется через них со скоростью, превышающей определенную скорость, называемую критической скоростью Ландау.

И все же в статье 2016 года исследователи из Ланкастерского университета обнаружили, что проволочный стержень, движущийся в сверхтекучей жидкости гелий-3, может превышать эту скорость, не разрывая пары.

В своих последующих экспериментах они измерили силу, необходимую для перемещения проволоки через сверхтекучую жидкость. Они измерили чрезвычайно маленькую силу, когда проволока начала двигаться, но когда она двигалась, сила, необходимая для продолжения движения, была равна нулю — просто толкни ее, и она пошла.

Команда пришла к выводу, что начальная сила возникает от пар Купера, которые немного перемещаются, чтобы приспособиться к движению, оказывая эту небольшую начальную силу на катанке. Но после этого проволока может двигаться свободно, по существу замаскированная плащом из куперовских пар.

«Заставив стержень изменить направление своего движения, мы смогли сделать вывод, что стержень будет скрыт от сверхтекучей жидкости покрывающими его связанными частицами, даже когда его скорость очень высока», — сказал физик Эш Дженнингс из Ланкастерского университета.

Это новое открытие может иметь интересные последствия.

Фермионные сверхтекучие жидкости могут использоваться для создания сверхпроводников, которые, в свою очередь, исследуются как критический компонент квантовых компьютеров. Более подробная информация о том, как и почему сверхтекучие жидкости ведут себя именно так, скорее всего, только приблизит нас к этой цели.

Исследование опубликовано в Nature Communications.

Источники: Фото: Визуализация сверхтекучих частиц. (Ланкастерский университет).

logo

Автор публикации

не в сети 20 часов

Виктория Ветрова

23
Космос полон тайн...
Комментарии: 4Публикации: 3158Регистрация: 14-12-2012