Az örvényekkel átszúrt fermionok forgó szuperfolyadék-gáza. Kép jóváírása: MIT. Kattints a kinagyításhoz.
Az MIT tudósai szuperhűvös véget vettek a fizikusok közötti heves versenynek: Ők voltak az elsők, akik új típusú anyagot, atomgázt hoztak létre, amely magas hőmérsékleten képes túlfolyékonnyá válni.
Munkájuk, amelyet a Nature június 23-i számában kell beszámolni, szorosan kapcsolódik a fémek elektronjainak szupravezető képességéhez. A szuperfolyadékok megfigyelése segíthet megoldani a magas hőmérsékletű szupravezető képességgel kapcsolatos kérdéseket, amelyek széles körben alkalmazhatók a mágnesekre, érzékelőkre és az energiahatékony villamosenergia-szállításra. Fizika professzor.
A szuperfolyadék gázának olyan egyértelmű látása olyan drámai lépés, hogy Dan Kleppner, az MIT-Harvard Ultracold Atomok Központjának igazgatója elmondta: „Ez nem egy dohányzó fegyver a túlfolyáshoz. Ez egy ágyú.
A világ számos kutatócsoportja évek óta tanulmányozza az úgynevezett fermion atomok hideg gázjait azzal a végső céllal, hogy a túlfolyékonyság új formáit megtalálja. Egy szuperfolyadék gáz ellenállás nélkül áramolhat. Ez egyértelműen megkülönböztethető a normál gáztól, amikor forgatják. Egy normál gáz forog, mint egy közönséges tárgy, de a szuperfolyadék csak akkor forog, ha örvényeket hoz létre, mint a mini-tornádók. Ez egy forgó szuperfolyadékot eredményez a svájci sajtban, ahol a lyukak a mini-tornádók magjai. „Amikor láttuk, hogy az örvények első képe megjelenik a számítógép képernyőjén, az egyszerűen lélegzetelállító volt” - mondta Martin Zwierlein végzős hallgató április 13-i este emlékezetére emlékeztetve, amikor a csapat először látta a szuperfolyadékot. Majd egy éve a csapat azon dolgozott, hogy a mágneses tereket és a lézersugarakat nagyon kerekre állítsa, hogy a gáz forogjon. "Olyan volt, mint egy kerék dudorának csiszolása, hogy tökéletesen gömbölyű legyen" - magyarázta Zwierlein.
„A szuperfolyadékokban, valamint a szupravezetőkben a részecskék mozognak a lépésben. Egy nagy kvantummechanikai hullámot képeznek ”- magyarázta Ketterle. Egy ilyen mozgás lehetővé teszi a szupravezetők ellenállás nélküli elektromos áramának továbbítását.
Az MIT csapata rendkívül hideg hőmérsékleten képesek voltak megtekinteni ezeket a szuperfolyékony örvényeket, amikor a fermionos gázt Kelvin-fok kb. 50 milliárdja-ra hűtötték, nagyon közel az abszolút nullához (-273 ° C vagy -459 ° F). "Furcsanak tűnhet, ha 50 nanokelvin magas hőmérsékleten történő superfluiditásnak nevezzük a superfluiditást, de számít az, hogy a hőmérsékletet normalizálják-e a részecskék sűrűsége" - mondta Ketterle. "Most már messze elértük a legmagasabb hőmérsékletet." A fémekben az elektronok sűrűségéig méretezve, az atomgázokban a szuperfolyadék átmeneti hőmérséklete magasabb lesz, mint a szobahőmérséklet.
Ketterle csapattagjai az MIT végzős hallgatói, Zwierlein, Andre Schirotzek és Christian Schunck voltak, akik mind az Ultracold Atomok Központjának tagjai, valamint Jamil Abo-Shaeer volt egyetemi hallgató.
A csoport fermionos superfluiditást figyelt meg a lítium-6 izotópban, amely három protont, három neutront és három elektronot tartalmaz. Mivel az alkotóelemek száma páratlan, a lítium-6 egy fermion. Lézer és párologtató hűtési technikák alkalmazásával lehűtötték a gázt az abszolút nullához. Ezután csapdába ejtették a gázt egy infravörös lézersugár fókuszában; az infravörös fény elektromos és mágneses terei az atomokat a helyükön tartották. Az utolsó lépés egy zöld lézernyaláb centrifugálása volt a gáz körül annak forgatására. A felhő árnyékos képe megmutatta a szuperfolyadék viselkedését: A felhőt egy rendes vortort-sor áttörte, mindegyik nagyjából azonos méretű.
A munka az MIT csoport korábbi Bose-Einstein-kondenzátumok létrehozására épül, amely az anyag olyan formája, amelyben a részecskék kondenzálódnak és egy nagy hullámként működnek. Albert Einstein 1925-ben előre jelezte ezt a jelenséget. A tudósok később rájöttek, hogy a Bose-Einstein kondenzáció és a túlfolyás szorosan összefüggenek.
2003 novemberében a Boulderben a Colorado Egyetemen, a Boulderben, az Innsbrucki Egyetemen és az MIT-ben független csapatok figyelték meg azoknak a fermionpároknak a Bose-Einstein kondenzációját, amelyek lazán kapcsolódnak egymáshoz. A Bose-Einstein kondenzáció megfigyelése azonban nem ugyanaz, mint a superfluiditás megfigyelése. További vizsgálatokat végeztek ezek a csoportok és a párizsi Ecole Normale Superieure-ban, a Duke Egyetemen és a Rice Egyetemen, de a túlfolyás bizonyítéka nem egyértelmű vagy közvetett.
A MIT-ben létrehozott szuperfolyadékos Fermi-gáz könnyen irányítható modellrendszerként is szolgálhat a fermionos anyag sokkal sűrűbb formáinak, például szilárd szupravezetők, neutroncsillagok vagy a korai univerzumban lévõ kvarkk-gluon plazma tulajdonságainak tanulmányozására.
Az MIT kutatását a Nemzeti Tudományos Alapítvány, a Tengerészeti Kutatási Hivatal, a NASA és a Hadseregkutatási Hivatal támogatta.
Eredeti forrás: MIT sajtóközlemény
