7 نوامبر 2024 -شبیه سازی گردابه های کوانتومی با داده های تجربی. اعتبار: دانشگاه اینسبروک، اتریش
دانشمندان گفتند که برای اولین بار ماده عجیبی به نام “ابر جامد” – که هم صلب و هم سیال است – با موفقیت شناسایی کردند که اثبات مستقیمی از ماهیت دوگانه این عجیب و غریب کوانتومی ارائه می دهد.
در زندگی روزمره، چهار حالت ماده وجود دارد – جامد، مایع، گاز و پلاسما نادرتر.
اما فیزیکدانان مدت‌هاست که در حال بررسی وضعیت‌های «حیرت انگیز» ماده هستند که در سطوح انرژی فوق‌العاده بالا یا دماهای بسیار سردی ایجاد می‌شوند که به صفر مطلق (273.15- درجه سانتیگراد یا -459.67 درجه فارنهایت) نزدیک می‌شوند.در این شرایط شدید، ماده شروع به رفتار بسیار متفاوت از آنچه ما به آن عادت کرده ایم، می کند.
سیالاتی مانند مایع یا گاز ممکن است مقاومت کم و بیش در برابر جریان داشته باشند که با ویسکوزیته اندازه گیری می شود. به عنوان مثال، عسل چسبناک تر از آب است.ابر سیال ها، یک ماده عجیب و غریب بسیار سرد، دارای ویسکوزیته صفر هستند – هیچ مقاومتی ندارند، بنابراین آزادانه در جریان هستند.اگر یک ابر سیال در یک فنجان به هم زده شود، بدون اینکه سرعتش کاهش یابد، به طور نامحدود در اطراف جریان می یابد.
بیش از نیم قرن پیش، فیزیکدانان وجود حالت “ابر جامد” را پیش بینی کردند.ماده ای است که دارای خواص جامد و ابر سیال است که در آن کسری از اتم ها بدون اصطکاک در شبکه جریان می یابند – آرایش منظمی از نقاط یا اجسام – ساختار بلوری صلب.
“مثل سوراخ هایی در پنیر گرویر”
محققان قبلا موفق شده بودند این ساختارهای کریستالی را در داخل ابر جامدها به روش های مختلفی مشاهده کنند.
فرانچسکا فرلاینو، فیزیکدان دانشگاه اینسبروک اتریش، می‌گوید، اما مشاهده مستقیم شیوه‌های عجیب و غریب جریان این ماده هنوز مبهم باقی مانده است.تا اینکه مطالعه جدیدی به رهبری Ferlaino در مجله Nature منتشر شد.
فرلاینو به خبرگزاری فرانسه گفت که این تیم موفق شد یک ماده فوق جامد را برای مشاهده گرداب های کوچک – به نام گرداب های کوانتیزه – که “تفنگ دود کننده ابر سیالیت” هستند، به هم بزند.
او توضیح داد: “تصور کنید یک فنجان قهوه می خورید و با قاشق کمی آن را می چرخانید.”
“شما خواهید دید که قهوه در اطراف مرکز می چرخد، و اگر دقت کنید، ممکن است گردابی در وسط وجود داشته باشد که مایع با بیشترین سرعت در حال چرخش است. این یک نمونه کلاسیک از گرداب در یک مایع معمولی است.”
حالا تصور کنید قهوه با یک ابر سیال جایگزین شده است.
فرلاینو گفت: “اگر قاشق را به آرامی بچرخانید، شگفت زده خواهید شد که ببینید ابرسیال اصلاً همراه با قاشق نمی چرخد - کاملاً ثابت می ماند، گویی هیچ چیز آن را مختل نکرده است.”
او گفت: “با این حال، اگر قاشق را سریعتر بچرخانید، به جای تشکیل یک گرداب بزرگ در مرکز، اتفاق قابل توجهی رخ می دهد. یک سری گرداب های کوچک یا گرداب های کوانتیزه شده شروع به ظاهر شدن می کنند.”
او توضیح داد: “اینها مانند سوراخ های کوچکی در مایع هستند که هر کدام با سرعت خاصی در حال چرخش هستند.”در عوض، آنها خود را با الگوهای زیبا و منظم در سراسر سطح ابر سیال، تقریباً مانند سوراخ‌های یک تکه پنیر گرویر، اما کاملاً منظم، مرتب می‌کنند.»
ستاره های در حال انفجار
در سال 2021، تیم دانشگاه اینسبروک با سرد کردن اتم‌ها و مولکول‌های خاص تا دمای بسیار پایین در آزمایشگاه، یک ابر جامد دوبعدی با عمر طولانی ایجاد کرد.
اوا کاسوتی، سرپرست تیم تحقیق، گفت: «گام بعدی – ایجاد راهی برای هم زدن ماده فوق جامد بدون از بین بردن حالت شکننده آن – به دقت بیشتری نیاز داشت.
این تیم از میدان‌های مغناطیسی برای چرخاندن ابر جامد خود با دقت استفاده کردند و آن را به هم زدند تا گرداب‌های کوانتیزه‌ای زیبا ایجاد کنند.
فرلاینو می‌گوید: «یافته‌های ما به ما مدرک قوی و مستقیمی از ماهیت دوگانه حالت فوق جامد می‌دهد.
محققان می‌گویند این پیشرفت، شبیه‌سازی پدیده‌هایی را در آزمایشگاه ممکن می‌سازد که معمولاً فقط در شرایط واقعاً شدید رخ می‌دهند.این شامل اتفاقاتی است که در قلب ستارگان نوترونی رخ می‌دهد، هسته‌های فوق‌العاده متراکم و فشرده که پس از تبدیل شدن ستارگان پرجرم به ابرنواختر باقی می‌مانند.
توماس بلاند، مسئول این پروژه در بیانیه‌ای گفت: «فرض می‌شود که تغییر در سرعت چرخشی مشاهده‌شده در ستاره‌های نوترونی (به‌اصطلاح گلیچ) ناشی از گردابه‌های ابرسیالی است که در داخل ستاره‌های نوترونی به دام افتاده‌اند.
