Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
В современном мире редко можно услышать о революционных открытиях в физике. Однако иногда учёным удаётся достичь того, что долгое время находилось за пределами их возможностей. Именно такой случай произошёл недавно. Исследователям удалось — в буквальном смысле — перемешать сверхтвёрдое тело, исключительно необычную форму материи, которая, вопреки интуиции, способна проявлять свойства как жидкости, так и твёрдого тела.
Результаты эксперимента продемонстрировали поистине удивительную дуалистическую природу сверхтвёрдого тела. Хотя теоретически учёные предполагали это давно, до сих пор никому не удавалось наблюдать этот феномен экспериментально. До настоящего момента.
Раскрытие тайн нейтронных звёзд: Эксперимент со сверхтвёрдым телом
В повседневной жизни человек сталкивается с материей в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном, а также известно четвёртое состояние — плазма. Однако это лишь малая часть реальности.
В обычных условиях мы не имеем возможности наблюдать поведение материи в экстремальных условиях — при сверхвысоких и сверхнизких температурах. Именно в таких условиях материя принимает непривычные состояния, не похожие ни на одно из вышеупомянутых.
При охлаждении материи почти до -273,15 градусов Цельсия она может начать вести себя непредсказуемым образом. Одним из таких состояний является сверхтекучесть — фаза материи с нулевой вязкостью, что означает течение без какого-либо сопротивления.
Если бы удалось перемешать сверхтекучую жидкость в сосуде, она продолжала бы вращательное движение бесконечно, никогда не замедляясь. Экстремальные состояния не ограничиваются сверхтекучестью — существует также сверхтвёрдое состояние, предсказанное более полувека назад.
Эта экстремальная форма материи может сочетать свойства твёрдого тела и сверхтекучей жидкости. В сверхтвёрдом состоянии атомы располагаются в жёсткой кристаллической решётке, но при этом могут свободно течь, что характерно для сверхтекучести.
Такая уникальная структура позволяет части атомов двигаться без трения, сохраняя при этом кристаллическую упорядоченность. Несмотря на предыдущие попытки изучения сверхтвёрдой материи, непосредственное наблюдение их жидкоподобной текучести оставалось сложной задачей.
Ситуация изменилась благодаря учёным из Инсбрукского университета под руководством Франчески Ферлайно, которым удалось перемешать сверхтвёрдое тело и наблюдать крошечные вихри, известные как квантованные вихри — явное доказательство сверхтекучести.
Ферлайно описала этот процесс, проводя аналогию с кофе, вращающимся в чашке после перемешивания ложкой. При перемешивании обычного кофе в центре образуется единственный вихрь. Однако со сверхтвёрдым телом всё происходит иначе.
Первоначально оно сопротивляется, но в итоге в сверхтвёрдом теле возникает серия малых организованных вихрей, формирующих различные упорядоченные и повторяющиеся структуры.
Путь команды исследователей к перемешиванию сверхтвёрдого тела начался с успеха в 2021 году, когда учёным удалось создать двумерное сверхтвёрдое тело, охладив определённые атомы до экстремально низких температур.
Следующий шаг — перемешивание этой хрупкой структуры без её дестабилизации — требовал невероятной точности. Поэтому исследователи использовали магнитное поле для контроля его движения. Таким образом, удалось перемешать сверхтвёрдое тело и экспериментально наблюдать формирование квантованных вихрей.
Эксперимент подтвердил теоретические модели, а полученные результаты могут принести практическую пользу. Теперь учёные смогут воспроизводить в лабораторных условиях экстремальные среды, существующие, например, в нейтронных звёздах.
Теория предполагает, что резкие изменения скорости вращения таких объектов могут быть вызваны квантованными вихрями внутри звезды. Создавая и изучая эти вихри в контролируемой среде, физики смогут получить представление о сложных процессах, происходящих в этих далёких и экстремальных космических объектах.
Поделись видео: