Ротирајући супер течни гас фермиона пробијен вртлозима. Кредитна слика: МИТ. Кликните за увећање.
Научници са МИТ-а довели су крај суперхладе до вруће расе међу физичарима: постали су први који су створили нову врсту материје, гас атома који показује сувишну течност високе температуре.
Њихов рад, о коме ће бити објављено у броју за Натуре за 23. јуни, уско је повезан са суправодљивошћу електрона у металима. Посматрање вишка течности може помоћи у решавању заосталих питања о високотемпературној суправодљивости, која има широку примену за магнете, сензоре и енергетски ефикасан транспорт електричне енергије, рекао је Волфганг Кеттерле, нобеловац који води МИТ групу и који је Јохн Д. МацАртхур Професор физике.
Видјети тако течни гас тако је драматичан корак да је Дан Клеппнер, директор Центра за ултрахладне атоме МИТ-а из Харварта, рекао: „Ово није пушак за пушење због сувишне течности. Ово је топ. "
Неколико година истраживачке групе широм света проучавају хладне гасове такозваних фермионских атома са крајњим циљем проналажења нових облика сувишне течности. Без течности може да тече и течни гас. Може се јасно разликовати од нормалног гаса када се ротира. Нормални гас се ротира попут обичног предмета, али вишак течности може да се окреће само када формира вртлоге сличне мини торнадима. Ово даје ротирајућем сувишном течности изглед швајцарског сира, где су рупе језгре мини-торнада. "Када смо видели да се на врту рачунара појаве прве слике вртлога, једноставно нам је одузимало дах", рекао је дипломски студент Мартин Звиерлеин подсећајући на вечер 13. априла, када је тим први пут видео вишак течности. Готово годину дана, тим је радио на томе да магнетна поља и ласерске зраке постану врло округли како би се гас могао подесити у ротацији. „Било је то као брушење гомила са наплатка како би савршено заокружили“, објаснио је Звиерлеин.
„У течним, као и у суперпроводницима, честице се крећу у затвореном кораку. Они формирају један велики квантно-механички талас “, објаснио је Кеттерле. Такво кретање омогућава суперпреводницима да носе електричне струје без отпора.
Тим МИТ-а био је у стању да види ове супер течне вртлоге на екстремно хладним температурама, када се фермионски гас охладио на око 50 милијардитих степени Келвина, врло близу апсолутне нуле (-273 степени Ц или -459 степени Ф). "Можда звучи чудно да се суперфлуидност назива 50 нанокелвински вишак температуре, али оно што је важно је температура нормализована густином честица", рекао је Кеттерле. "Сада смо постигли далеко највећу температуру икад." Смањена до густоће електрона у металу, температура прелазног течности у атомским гасовима била би виша од собне температуре.
Чланови Кеттерле су били дипломирани студенти МИТ-а Звиерлеин, Андре Сцхиротзек и Цхристиан Сцхунцк, који су сви чланови Центра за ултрахладне атоме, као и бивши дипломски студент Јамил Або-Схаеер.
Тим је приметио фермионску суперфлуидност у изотопу литијума-6 који садржи три протона, три неутрона и три електрона. Пошто је укупан број састојака непаран, литијум-6 је фермион. Помоћу ласерских и евапоративних техника хлађења хладили су гас близу апсолутне нуле. Затим су заробили гас у фокусу инфрацрвеног ласерског снопа; електрично и магнетно поље инфрацрвене светлости задржавало је атоме на месту. Последњи корак је био окретање зеленог ласерског снопа око гаса да би се он ротирао. Слика сјена облака показала је његово супер течно понашање: Облак је био пробијен редовним низом вртлога, сваки отприлике исте величине.
Рад се заснива на ранијем стварању кондензата Босе-Ајнштајна, групи материје у којој се честице кондензују и делују као један велики талас. Алберт Ајнштајн је предвидио овај феномен 1925. Научници су касније схватили да су Босе-Ајнштајнова кондензација и сувишна течност блиско повезани.
Босе-Ајнштајнова кондензација парова фермиона који су се лагано везали као молекули приметили су у новембру 2003. године независни тимови на Универзитету Колорадо у граду Боулдер, на Универзитету у Инсбруцку у Аустрији и на МИТ-у. Међутим, посматрање Босе-Ајнштајнове кондензације није исто што и посматрање сувишне течности. Даљње студије су урадиле ове групе и на Ецоле Нормале Супериеуре у Паризу, на Универзитету Дуке и на Универзитету Рице, али докази о сувишној течности били су двосмислени или индиректни.
Изузетно течни Ферми гас створен на МИТ-у може такође служити као систем лако контролисаног модела за проучавање својстава знатно гушћих облика фермионске материје као што су чврсти суправодичи, неутронске звезде или кварк-глуонска плазма који су постојали у раном свемиру.
Истраживање МИТ подржали су Национална научна фондација, Канцеларија за поморска истраживања, НАСА и Војни истраживачки уред.
Изворни извор: МИТ Невс Релеасе
