Учени откриха свръхтвърдо състояние на материята

Научен екип успя да първи път да наблюдава основна характеристика на свръхтвърда материя и получи пряко доказателство за съществуването на това екстремно нейно състояние, което съчетава твърдост и флуидност, съобщи АФП.

В ежедневието познаваме материята в четири агрегатни състояния - твърдо, течно, газообразно и плазма. Учените обаче отдавна се интересуват от т.нар. "екзотични" състояния на материята, които се образуват при температура, близка до абсолютната нула (минус 273,15 градуса по Целзий) и много висока енергия или екстремна гравитация и плътност, като в черните дупки.

При тези условия материята има физични свойства или поведение, които са много различни от тези, наблюдавани в конвенционалните състояния. Нормалните флуиди (течности и газове) имат по-голямо или по-малко съпротивление при движение, известно като вискозитет - например маслото е по-вискозно от водата.

Physicists Stir a Supersolid For First Time, Proving Its Bizarre Dual Naturehttps://t.co/Gp503f5jED pic.twitter.com/vEPVtCP0ea

— ScienceAlert (@ScienceAlert) November 7, 2024

От друга страна, свръхфлуидите нямат вискозитет - те текат без загуба на енергия, което им позволява да циркулират безкрайно дълго в контейнер, без да се забавят.

Преди повече от 50 години физиците предсказват съществуването на свръхтвърдо състояние. При него материята притежава едновременно свойствата на класическо твърдо тяло с кристална структура и на свръхфлуид, в която част от атомите текат без вискозитет през мрежата на твърдото тяло. Кристалната структура на свръхтвърда материя вече е заснемана, но досега свръхфлуидността ѝ е била извеждана само на базата на различни наблюдения.

"Това, което все още липсваше в нашата работа, беше пряко наблюдение на едно от характерните и фундаментални свойства на свръхфлуидността - поток без въртене", обяснява Франческа Ферлаино, която ръководи изследването, публикувано в сп. "Нейчър".

"Представете си, че имате чаша кафе и го разбъркате малко с лъжичка. Ще видите как кафето се върти около центъра - класически пример за вихър в обикновен флуид", обяснява физикът от Университета в Инсбрук (Австрия) пред АФП.

Ако заменим кафето със свръхфлуид, той не се разбърква с лъжицата, а остава напълно неподвижен, сякаш нищо не го смущава.

"Ако обаче разбъркаме по-бързо, вместо да се образува голям вихър в центъра, започват да се появяват поредица от малки вихри. Те са като малки дупчици във флуида, всяка от които се върти с определена скорост и които се организират в красиви, правилни модели на повърхността на свръхфлуида, почти като дупки в парче пясъчник", продължава Ферлаино.

Quantum vortices confirm superfluidity in supersolid. First-ever observation of mini-tornadoes in supersolid quantum gas. The implications of this discovery reach far beyond the laboratory, potentially impacting fields ranging from condensed matter physics to astrophysics, where… pic.twitter.com/LmVgDsKCpG

— Nirmata (@En_formare) November 7, 2024

Нейният екип успява да създаде и наблюдава такива вихри в лаборатория, което е особено трудно постижение, предава БТА.

През 2021 г. същият екип успя да създаде трайна свръхтвърда материя чрез охлаждане на определени атоми и молекули до много ниски температури. След това специалистите е трябвало да намерят начин да раздвижат свръхтвърдата материя, без да разрушат крехкото ѝ състояние. Изследователите използват магнитни полета, за да я завъртят внимателно. В резултат на това се образуват количествено определени вихри.