Дикий експеримент. Науковці доторкнулися до квантової надтекучої рідини: як це було (відео)

Як це — доторкнутися до квантової фізики? Навряд чи хтось може відповісти на це запитання, адже ці умови екстремальні, а методи надзвичайно складні. Але тепер учені наважилися на дикий експеримент, щоб доторкнутися до квантової надтекучої рідини, і їм це вдалося, пише Science Alert.

За словами фізика Самулі Аутті з Ланкастерського університету у Великій Британії, який керував дослідженням, вони з колегами, по суті, стали першими, кому вдалося отримати уявлення про те, яким може бути квантовий Всесвіт.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

На щастя, попри всю дикість експерименту, нікому не потрібно було піддаватися жахливому обмороженню, щоб відповісти на це запитання. Зазначимо, що за всю 100-річну історію квантової фізики нікому не вдавалося зайти так далеко. Однак у новому дослідженні фізики занурили спеціальний зонд розміром із палець людини в ізотоп гелію, охолоджений трохи вище абсолютного нуля. Далі вчені зафіксували його фізичні властивості — фактично їм вдалося довести, що до квантової фізики справді можна доторкнутися, принаймні в розрізі надтекучого 3He.

Зазначимо, що надплинності речовини — речовини, які поводяться як рідина з нульовою в'язкістю і тертям. Відомо про існування двох ізотопів гелію, які здатні створювати надплинність. Під час охолодження трохи вище за абсолютний нуль (-273,15 градуса за Цельсієм) бозони ізотопу гелію-4 сповільнюються достатньо, щоб перетворитися на кластер атомів високої щільності, який поводиться, як один суператом.

За словами Аутті, гелій-3 трохи інший: його ядра являють собою ферміони — клас частинок, які обертаються інакше, ніж бозони. Відомо, що під час охолодження нижче за певну температуру ферміони об'єднуються в куперівські пари, кожна з яких складається з пари ферміонів, що утворюють разом складовий бозон. При цьому ці куперівські пари, по суті, поводяться так само як бозони, а тому також здатні утворити надтекучу рідину.

Команда Аутті вже деякий час експериментує із ферміонною надплинною надтекучою рідиною гелієм-3. У результаті їм вдалося виявити, що попри крихкість куперівських пар, вчені цілком можуть вставити всередину дріт, не розриваючи при цьому пари та не порушуючи потік надплинної рідини. Команда вирішила піти ще далі й розробила спеціальний зонд, необхідний для подальшого вивчення властивостей рідини.

Вчені зазначають, що єдиною частиною рідини, яка взаємодіяла з зондом, був двовимірний поверхневий шар. Масив стає доступним тільки в тому разі, якщо в нього буде передано величезний приплив енергії, тоді як термомеханічні властивості надтекучої рідини повністю визначаються цим двовимірним шаром.

За словами команди, ця рідина здавалася б двовимірною, якби "ми могли сунути в неї палець". Аутті також зазначає, що основна частина надплинної рідини також здається порожньою, тоді як тепло тече у двовимірній підсистемі вздовж країв об'єму. Простими словами, якби вона текла вздовж вашого пальця.

Автори дослідження вважають, що наслідки їхнього відкриття можуть бути дуже глибокими. По-перше, надтекучий гелій-3 є найчистішим з усіх відомих матеріалів, а тому становить великий науковий інтерес. По-друге, розуміння того, як поводиться його двовимірний шар, може пролити світло на поведінку квазічастинок, топологічні дефекти та квантові енергетичні стани. У результаті Аутті з колегами вважають, що їхній експеримент може в цілому змінити розуміння універсальної макроскопічної квантової системи.

Раніше Фокус писав про те, що симуляція подорожей у часі розв'яже проблеми, які не можна розв'язати за допомогою фізики: що кажуть вчені.