Вещество одновременно стало жидкостью и кристаллом: эксперимент

Мы привыкли к трем состояниям материи: твердое, жидкость и газ. Но мир квантовой физики живет по своим правилам: вещество может быть сразу в двух состояниях одновременно.

Немецкие исследователи доказали существование состояния материи, в котором сочетаются свойства жидкости и твердого тела

Источник: Unsplash

При крайне низких температурах атомы ведут себя как волны и могут объединяться в общее квантовое состояние. Такое состояние называют бозе-эйнштейновским конденсатом, когда вещество течет без трения и называется супертекучестью.

Команда Маркуса Оберталера из Института физики Кирхгофа в Гейдельберге показала, что если немного «встряхнуть» взаимодействие атомов в таком конденсате, в нем самопроизвольно возникает периодический рисунок плотности. Этот рисунок похож на решетку кристалла, но движение атомов остается согласованной волной, как и положено супертекучей среде. Подробности исследователи описали в статье, опубликованной в Nature Physics.

Инициализация решетки в супертекучем газе: слева структура возникает самопроизвольно, в центре ее задают вспышкой света и стабилизируют, справа без стабилизации узор быстро тает. При усреднении видно, что воспроизводимая решетка сохраняется только во втором случае

Источник: Nature Physics

Речь не о механической тряске. В работе использовали бозе-эйнштейновский конденсат атомов калия (ультрахолодный газ атомов калия) в плоской оптической ловушке. Короткой вспышкой света задавали фазу и ориентацию будущего узора, после чего периодически изменяли силу межатомных взаимодействий магнитным полем. В таком принудительно возбуждаемом суперфлюиде возникала «кристаллическая» решетка. Если перестать стимулировать систему извне, то «узор» быстро тает, и газ снова становится однородным.

Это хороший пример того, как строгая физика из учебника превращается в живую науку в экспериментальном зале.

Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые создали золотые квантовые иглы.