یک آزمایش عجیب: اگر یک ابر سیال کوانتومی را لمس کنید چه اتفاقی میافتد
هلیوم ابر سیال شبیه یک مایع شفاف ساده به نظر میرسد، اما رفتار آن فوقالعاده پیچیده است. یک آزمایش تازه نشان میدهد که لمس یک ابر سیال کوانتومی چه حسی دارد.
فیزیکدانان یک کاوشگر مخصوص به اندازه انگشت را در ایزوتوپی هلیوم که نزدیک صفر مطلق سرد شده بود فرو بردند و خواص فیزیکی آن را ثبت کردند. آنها میگویند این اولین بار است که ما برداشتی از احساس جهان کوانتومی میکنیم.
ابر سیالها حالتی از ماده هستند که مانند سیال با ویسکوزیته یا اصطکاک صفر رفتار میکنند. دو ایزوتوپ هلیوم وجود دارد که میتوانند یک ابر سیال ایجاد کنند.
هنگامی که بوزونهای ایزوتوپ هلیوم-4 تا نزدیک به صفر مطلق (273.15- درجه سانتیگراد ) سرد میشوند و به چگالی بالاتری میرسند. به این ترتیب خوشهای از اتمها که مانند یک ابر اتم رفتار میکنند.
هلیوم-3 کمی متفاوت است. هستههای آن فرمیونها هستند، دستهای از ذرات که متفاوت از بوزونها میچرخند. زمانی که فرمیونها زیر دمای معینی سرد میشوند، به شکل جفتهای کوپر به یکدیگر متصل میشوند که هر کدام از دو فرمیون تشکیل شدهاند که با هم یک بوزون مرکب را تشکیل میدهند. این جفتهای کوپر دقیقاً مانند بوزونها رفتار میکنند و بنابراین میتوانند یک ابر سیال تشکیل دهند.
اوتی و گروهش مدتی است که روی ابر سیال فرمیونی هلیوم-3 آزمایش کردهاند و کشف کردهاند که اگرچه جفتهای کوپر کاملاً شکننده هستند، اما محققان میتوانند سیمی را بدون شکستن جفتها یا حتی اختلال در جریان ابرسیال داخل آن بچسبانند. بنابراین گروه تصمیم به طراحی یک کاوشگر برای بررسی خصوصیات مایع از نزدیک گرفت.
به نظر میرسد سطح سیال یک لایه دو بعدی مستقل را تشکیل میدهد که گرما را از میله دور میکند. بخش عمدهای از ابر سیال زیر آن تقریباً مانند خلاء عمل میکند و محققان دریافتند که کاملاً منفعل است .
تنها بخشی از سیال که با کاوشگر برهمکنش داشت، آن لایه سطحی دو بعدی بود. بخش عمده تنها زمانی قابل دسترس بود که انرژی زیادی به آن وارد میشد. خواص ترمومکانیکی ابر سیال کاملاً توسط آن لایه دو بعدی تعریف میشود.
“اگر بتوانید انگشت خود را به آن بچسبانید، این مایع دو بعدی به نظر میرسد. بخش عمدهای از ابرسیال خالی احساس میشود، در حالی که گرما در یک زیر سیستم دو بعدی در امتداد لبههای توده یعنی در امتداد انگشت شما جریان مییابد.”
این نحقیق درک ما از ابر سیال [هلیوم-3] را بازتعریف میکند.
منبع: arXiv
مطالب مرتبط
