Besisukančios fermionų sukamos super skystos dujos, pradurtos sūkuriais. Vaizdo kreditas: MIT. Spustelėkite norėdami padidinti.
MIT mokslininkai atšiaurioms fizikų lenktynėms baigė superšvaistę: Jie tapo pirmaisiais, sukūrusiais naują materijos rūšį - atomų dujas, parodančias aukštą temperatūrą.
Jų darbas, apie kurį reikia pranešti birželio 23 d. „Nature“ numeryje, yra glaudžiai susijęs su metalų elektronų superlaidumu. Stebimi super skysčių stebėjimai gali padėti išspręsti išliekančius klausimus apie aukštą temperatūros superlaidumą, kuris yra plačiai pritaikytas magnetams, jutikliams ir energiją taupančiam elektros energijos transportavimui, sakė MIT grupei vadovaujantis Nobelio premijos laureatas Wolfgangas Ketterle, kuris yra John D. MacArthur. Fizikos profesorius.
Tai, kad labai aiškiai matomos superlaidžios dujos, yra toks dramatiškas žingsnis, kad Dano Kleppnerio, MIT-Harvardo ultralengvųjų atomų centro direktorius, sakė: „Tai nėra rūkymo pistoletas, skirtas pertekliniam skysčiui. Tai yra patranka. “
Keletą metų viso pasaulio tyrimų grupės tyrinėjo vadinamųjų fermioninių atomų šaltąsias dujas, kurių pagrindinis tikslas buvo surasti naujas perteklinio skysčio formas. Didelės skystos dujos gali tekėti be varžos. Jį galima aiškiai atskirti nuo įprastų dujų, kai jis sukamas. Normalios dujos sukasi kaip paprastas objektas, tačiau super skystis gali suktis tik tada, kai susidaro sūkuriai, panašūs į mini tornadas. Tai suteikia besisukančiam skystam šveicariškam sūriui išvaizdą, kai skylės yra mini tornadų šerdys. „Kai pamatėme pirmąjį sūkurių paveikslėlį, rodomą kompiuterio ekrane, jis tiesiog sužavėjo“, - prisiminė magistrantas Martinas Zwierleinas prisimindamas balandžio 13-osios vakarą, kai komanda pirmą kartą išvydo superhidrolines dujas. Beveik metus komanda dirbo tam, kad magnetiniai laukai ir lazerio pluoštai būtų labai apvalūs, kad dujos galėtų pasisukti. „Tai buvo tarsi šlifavimas nuo rato iškilimų, kad jis būtų idealiai apvalus“, - aiškino Zwierleinas.
„Superfluiduose, taip pat superlaidintuvuose, dalelės juda spynos link. Jie sudaro vieną didelę kvantinę-mechaninę bangą “, - aiškino Ketterle. Toks judėjimas leidžia superlaidininkams perduoti elektros srovę be varžos.
MIT komanda sugebėjo pamatyti šiuos labai skystus sūkurius esant ypač šaltai temperatūrai, kai fermioninės dujos buvo atvėsintos iki maždaug 50 milijardų tūkstantųjų laipsnių Kelvino laipsnio, labai arti absoliutaus nulio (-273 laipsnių C arba -459 laipsnių F). „Gali atrodyti keista vadinti superlaidumą esant 50 nanokelvinų aukšto slėgio skysčiams, bet svarbiausia yra temperatūra, normalizuota pagal dalelių tankį“, - teigė Ketterle. „Dabar pasiekėme iki šiol aukščiausią temperatūrą.“ Pagal metalo elektronų tankį padidėjusio skysčio perėjimo temperatūra atominėse dujose būtų aukštesnė už kambario temperatūrą.
Ketterle komandos nariai buvo MIT magistrantai Zwierlein, Andre Schirotzek ir Christian Schunck, visi jie yra Ultracold Atomų centro nariai, taip pat buvęs magistrantas Jamil Abo-Shaeer.
Komanda stebėjo ličio-6 izotopo fermioninį superfluidumą, sudarytą iš trijų protonų, trijų neutronų ir trijų elektronų. Kadangi bendras sudedamųjų dalių skaičius yra nelyginis, ličio-6 yra fermionas. Naudodami lazerio ir garinimo aušinimo metodus, jie atšaldė dujas beveik iki absoliutaus nulio. Tada jie sulaikė dujas infraraudonųjų spindulių lazerio spinduliu; elektriniai ir magnetiniai infraraudonosios šviesos laukai laikė atomus vietoje. Paskutinis žingsnis buvo sukti žalią lazerio spindulį aplink dujas, kad jis galėtų pasisukti. Šešėlinis debesies vaizdas parodė jo skysčio pobūdį: debesis buvo pradurta įprastu sūkurių rinkiniu, kurių kiekvienas buvo maždaug tokio paties dydžio.
Kūrinys pagrįstas MIT grupės ankstesniu Bose-Einšteino kondensatų kūrimu - materijos forma, kurioje dalelės kondensuojasi ir veikia kaip viena didelė banga. Albertas Einšteinas šį reiškinį numatė 1925 m. Vėliau mokslininkai suprato, kad Bose'o-Einšteino kondensacija ir superfluidumas yra glaudžiai susiję.
2003 m. Lapkričio mėn. Kolorado universiteto Boulderio mieste, Insbruko universitete Austrijoje ir MIT nepriklausomos komandos stebėjo Bose'o-Einšteino porų fermionų, kurie buvo laisvai sujungti kaip molekulės, kondensaciją. Tačiau stebėti Bose'o-Einšteino kondensaciją nėra tas pats, kas stebėti superfluidumą. Tolesni tyrimai buvo atlikti šių grupių ir „Ecole Normale Superieure“ Paryžiuje, Djūko universitete ir Rice universitete, tačiau superfluidumo įrodymai buvo dviprasmiški ar netiesioginiai.
MIT sukurtos ypač skystos „Fermi“ dujos taip pat gali būti lengvai kontroliuojamos modelio sistemos, tiriančios daug tankesnių formų fermionines medžiagas, tokias kaip kieti superlaidininkai, neutroninės žvaigždės ar varškės-gluono plazma, egzistavusi ankstyvojoje visatoje.
MIT tyrimus rėmė Nacionalinis mokslo fondas, Karinių jūrų laivybos tyrimų tarnyba, NASA ir Armijos tyrimų tarnyba.
Originalus šaltinis: MIT naujienų pranešimas
