لمس ابر سیال کوانتومی این حس را دارد!

در نهایت یک آزمایش نشان داد که لمس یک ابر سیال کوانتومی چه حسی دارد؛ فیزیکدانان یک کاوشگر مخصوص به اندازه انگشت را در ایزوتوپ هلیوم که فقط تا حدی روی صفر مطلق سرد شده بود فرو بردند و خواص فیزیکی آن را ثبت کردند.

به گزارش ایسنا، آن‌ها می‌گویند این اولین بار است که ما برداشتی از احساس جهان کوانتومی می‌کنیم و هیچ کس در این فرایند مجبور نبود که دچار سرمازدگی وحشتناک شود یا آزمایشی را خراب کند. سامولی اوتی، فیزیکدان دانشگاه لنکستر در بریتانیا، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، می‌گوید: «از لحاظ عملی، ما پاسخ این سؤال را نمی‌دانیم که لمس کردن فیزیک کوانتومی چه حسی دارد؟»

این شرایط آزمایشی بسیار شدید و تکنیک‌های آن بسیار پیچیده هستند، اما اکنون می‌توانم به شما بگویم که اگر بتوانید دست خود را در این سیستم کوانتومی قرار دهید چه حسی به شما دست می‌دهد. هیچ‌کس در طول تاریخ ۱۰۰ ساله فیزیک کوانتومی نتوانسته به این سؤال پاسخ دهد. اکنون نشان می‌دهیم که حداقل در ابر سیال ۳ He، می‌توان به این سؤال پاسخ داد.

ابر‌های سیال 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 تا بالای صفر مطلق (۲۷۳.۱۵- درجه سانتیگراد یا ۴۵۹.۶۷- درجه فارنهایت) خنک می‌شوند، بوزون‌های ایزوتوپ هلیوم-۴ به اندازه‌ای کاهش می‌یابد که در یک خوشه اتم با چگالی بالا که مانند یک ابر اتم رفتار می‌کنند، همپوشانی دارند.

هلیوم-۳ 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.

لمس ابر سیال کوانتومی این حس را دارد!

اوتی و تیمش مدتی است که روی ابر سیال فرمیونی هلیوم-۳ آزمایش می‌کنند 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 تیم تصمیم به طراحی یک کاوشگر برای بررسی خصوصیات مایع از نزدیک کردند.

و، خوب، یک جور‌هایی واقعاً عجیب است. 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. محققان دریافتند که کاملاً منفعل است و اصلاً شبیه چیزی نیست.

تنها بخشی از سیال که با کاوشگر برهمکنش داشت، آن لایه سطحی دو بعدی بود. بخش عمده تنها زمانی قابل دسترس می‌شود که انرژی عظیمی به آن وارد شود. 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 زیر سیستم دو بعدی در امتداد لبه‌های توده جریان می‌یابد؛ به عبارت دیگر، در امتداد انگشت شما!