Сверхтекучие кристаллы
Две группы физиков независимо друг от друга экспериментально взяли вещество в необыкновенном состоянии – сверхтекучего жёсткого тела (supersolid), которое сочетает свойства кристаллического и сверхтекучего вещества.
Сверхтекучее жёсткое состояние вещества
© Julian Leonard, ETH Zurich
Возможность для того чтобы типа материи предсказали во второй половине 60-ых годов двадцатого века Александр Илья и Андреев Лифшиц и независимо Джефри Честер и Эгтони Леггет. Жёстким телом данное состояние вещества именуется с некоей долей условности.
Более совершенно верно его свойство отражало бы наименование сверхтекучий кристалл. Атомы в нем находятся в устойчивой структуре, подобно простым кристаллам, но наряду с этим оно может воображать собой очень сильно разреженный и охлажденный практически до безотносительного нуля газ.
От сверхтекучих жидкостей в данной форме вещества остается их главное свойство: свойство атомов двигаться без трения.
Взять вещество в таком состоянии физики пробовали еще в 1980-х, но первые успешные опыты по его получению случились лишь в двадцать первом веке. В 2004 году Мозес Чань (Moses H. W. Chan) и Юн Шон Ким (Eunseong Kim) из Университета штата Пенсильвания совершили испытания с жёстким гелием-4, находящимся при низкой температуре и большом давлении.
Они нашли неожиданного уменьшения момента инерции крутильного маятника с жёстким гелием, что было растолковано как проявление сверхтекучести. Но потом физики внесли предложение другие объяснения взятых результатов.
В 2012 году и сам Мозес Чань, совершив опыт по улучшенной методике, изложил убедительные аргументы в пользу того, что сверхтекучесть в данной обстановке не появляется.
В 2009 году на ежегодной конференции Американского физического общества ученые из Калифорнийского университета в Беркли поведали о получении сверхтекучего кристаллического рубидия. Пары рубидия были охлаждены до температуры 0,5 10-6 Кельвина, а его атомы удерживались при помощи особых ловушек.
В каждой из этих ловушек пребывало по нескольку миллионов атомов, каковые, как продемонстрировало изучение при помощи лазера, образовали устойчивые структуры размером около пяти микрометров, а их сотрудничество между собой продемонстрировало, что все они будут в одном квантовом состоянии, другими словами отмечается явление сверхтекучести.
на данный момент хорошие экспериментальные эти разместила в издании Nature группа исследователей из Центра ультрахолодных атомов Массачусетского Гарвардского университета и технологического института (MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms). Управлял исследователей доктор наук MIT Вольфганг Кеттерле (Wolfgang Ketterle).
Они сочетали испарительное охлаждение с удержанием атомов в магнитной ловушке и способ лазерного охлаждения, и в следствии охладили атомы натрия до нескольких нанокельвинов. В этом состоянии натрий представляет собой особенное сверхтекучее состояние разреженного газа, которое известно как конденсат Бозе – Эйнштейна.
В 2001 году именно за первое во всемирной истории получение конденсата Бозе – Эйнштейна Вольфганг Кеттерле взял Нобелевскую премию в области физики. В том его эксперимете кроме этого использовалось удержание атомов в магнитных ловушках.
После этого при помощи лазера у половины атомов натрия был поменян спин, что привело, по сути, происхождению смеси двух сверхтекучих конденсатов Бозе – Эйнштейна. Затем лазерными лучами экспериментаторы переносили атомы из одного конденсата в второй, меняя их спин.
Наряду с этим плотность конденсата спонтанно изменялась, образуя необычные волны. В соответствии с теоретическим предсказаниям, такое состояние характерно как раз для «сверхтекучего жёсткого тела».
Его существование вероятно лишь при сверхнизких температурах при сверхвысоком вакууме.
Сейчас Вольфганг Кеттерле и его сотрудники собираются продолжить опыты по поясницу-орбитальному сотрудничеству в конденсате Бозе – Эйнштейна, дабы узнать свойства, приобретаемого состояния материи. «Посредством отечественных холодных атомов, мы определяем, что вероятно в природе. Сейчас, в то время, когда мы экспериментально доказали, что теории, предвещающие суперсолид были верными, мы сохраняем надежду вдохновить предстоящие изучения, быть может, с непредвиденными результатами», – доктор наук Кеттерле.
Вторая несколько трудится в Университете квантовой электроники Швейцарской высшей технологической школы в Цюрихе (ETH Institute for Quantum Electronics) под управлением Тильмана Эсслингера (Tilman Esslinger). Она применяла другой способ превращения конденсата Бозе – Эйнштейна в сверхтекучий кристалл.
Исследователи поместили маленькое количество рубидия в вакуумную камеру и охладили до температуры всего на пара миллиардных долей кельвина выше безотносительного нуля. После этого они поместили появившийся бозе-эйнштейновский конденсат в устройство из двух пересекающихся оптических резонансных камер, любая из которых складывается из двух маленьких противостоящих зеркал.
Затем конденсат после этого освещается лазером, излучение которого рассеивалось обеих камерах. Сочетание двух световых полей в резонансных камерах заставляло атомы в конденсате принять регулярную кристаллическую структуру.
Наряду с этим конденсат сохранял свойство сверхтекучести. Работа группы Эсслингера кроме этого размещена в издании Nature.
Одновременное появление двух экспериментальных работ по сверхтекучим кристаллам показывает, как велик интерес исследователей к данной форме вещества.
Источник: Максим Руссо polit.ru
Гелий — СВЕРХТЕКУЧИЙ И САМЫЙ ХОЛОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ!
