Наука, преподаваемая в школе, говорит о четырех состояниях материи: твердом, жидком, газообразном и плазменном. Однако недавно ученые создали вещество, которое напоминает твердый кристалл, в то время как течет как сверхтекучая жидкость.
Сверхтвердый материал обладает свойствами кристаллических жидкостей и твердых веществ. Он был создан двумя независимыми группами американский и швейцарцы ученые и опубликованы в том же номере Природа, Швейцарская команда принадлежит Институту квантовой электроники (IQE) в ETH, Цюрих, в то время как американская команда, возглавляемая физиком, лауреатом Нобелевской премии Вольфгангом Кеттерле, принадлежит Массачусетскому технологическому институту.
Гонка за создание суперсолидов идет уже довольно давно. Разработанный сверхтвердый не является ручным веществом; поскольку он существует только в ультра-холодной среде вакуумных камер.
Говоря о наступлении, Вольфганг Кеттерле сказал:
«Наша цель – открыть новые материалы с новыми свойствами, о которых люди даже не подозревают. Мы хотим делать материалы, которых никогда не было на Земле ».
Жидкость с гелием-4 при охлаждении до двух градусов около абсолютного нуля не может содержаться в открытом контейнере, когда она начинает стекать по стенкам. В 1937 году материал понял, что это сверхтекучая жидкость. Ученые задавались вопросом о существовании суперсолидов с 1950-х годов. С тех пор прошло 60 лет, и ученые, наконец, создали сверхтвердое вещество.
Обе команды создали сверхтвердый материал по-разному. Сначала атомы были преобразованы в «конденсат Бозе-Эйнштейна», сверххолодный газ, состоящий из атомов с четным числом электронов. Атомы с четным числом электронов обладают квантово-механическим свойством, в котором они имеют целочисленное значение спина. Эти атомы называются бозонами, и согласно законам физики эти атомы могут занимать одно и то же пространство. В макроскопическом масштабе эти газы текут без сопротивления. Кеттерл был одним из первых, кто создал конденсат Бозе-Эйнштейна, и именно поэтому он получил Нобелевскую премию.
Бозе-эйнштейновский конденсатИсточник: Квант Мюнхен
Конденсат Бозе-Эйнштейна обладает свойствами сверхтекучей жидкости. Ученые использовали лазеры для преобразования сверхтекучей жидкости в сверхтвердое вещество, изменяя вращение половины атомов в веществе. Материал был сделан из атомов натрия, и лазеры создавали два разных конденсата Бозе-Эйнштейна одновременно. Два типа материала имели плотность, которая варьировалась в полосах. Когда лазер ударяется о материал, он отражается на стеклянной сетке.
Экспериментальная установка КеттерлеИсточник: MIT
Швейцарская команда работала над этим немного по-другому. Вместо натрия они использовали рубидий, а рубидиевый конденсат Бозе-Эйнштейна был помещен между зеркалами, где фотоны отражались взад-вперед. Эти фотоны заставляли свет рассеиваться между атомами конденсата, заставляя их образовывать правильную кристаллическую структуру.
ETH, настройка команды ЦюрихаИсточник: ETH Zurich
Обе группы опубликовали свои выводы в том же количестве Природа Среда, 8 марта
На данный момент, кажется, нет никакого смысла для материала, который существует только в ультра-холодном вакууме, но он дает нам глубокое понимание физики и работы вселенной, которая явно не так разделена, как твердое тело, жидкость, газ и плазма. , Кеттерл, однако, ожидает большего,
«Что мотивирует нас, так это то, что когда это возможно, люди знают, что законы природы позволяют нам делать такие материалы. Мы надеемся, что в течение 10–20 лет это повлияет на разработчиков материалов, которые пойдут дальше и, возможно, создадут сверхтвердый материал, существующий вне вакуумной камеры ».
Мы будем благодарны за ваш отзыв в разделе комментариев ниже.
