Een wild experiment onthult wat er zou gebeuren als je een kwantumsupervloeistof aanraakt

Een experiment heeft eindelijk onthuld hoe het voelt om een ​​superkwantumvloeistof aan te raken.

Natuurkundigen dompelden een speciale sonde ter grootte van een vinger onder in een heliumisotoop die tot een kleine graad boven het absolute nulpunt was afgekoeld, en registreerden de fysische eigenschappen ervan.

Ze zeggen dat dit de eerste keer is dat we een idee krijgen van hoe het kwantumuniversum eruit zou kunnen zien. Niemand hoefde een gruwelijke bevriezing te ondergaan of een experiment te verpesten om de waarheid te ontdekken.

“In de praktijk weten we het antwoord niet op de vraag: hoe voelt het om de kwantumfysica aan te raken?” Zegt natuurkundige Samoli Oti van de Lancaster University in het Verenigd Koninkrijk, die het onderzoek leidde.

“Deze experimentele omstandigheden zijn zwaar en de technieken zijn complex, maar ik kan je nu vertellen hoe het zou voelen als je je hand in dit kwantumsysteem zou kunnen steken. Niemand heeft deze vraag kunnen beantwoorden in de 100-jarige geschiedenis van kwantum En nu laten we het zien, tenminste in Superfluids ³Hij, die vraag kan beantwoord worden.”

Superfluïdum is een toestand van materie die zich gedraagt ​​als een vloeistof zonder viscositeit of wrijving. Er zijn twee isotopen van helium die een supervloeistof kunnen creëren. Wanneer ze worden afgekoeld tot boven het absolute nulpunt (−273,15 °C of −459,67 °F), vertragen de helium-4 isotoopbosonen voldoende om zich te nestelen in een reeks atomen met hoge dichtheid die zich gedraagt ​​als een enkel superatoom.

border-frame=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; schrijven naar klembord; gecodeerde media; gyroscoop; picture-in-picture; web-sharing”allowfullscreen>

Helium-3 een beetje anders. Hun kern bestaat uit fermionen, een klasse deeltjes die anders draaien dan bosonen. Bij afkoeling tot onder een bepaalde temperatuur worden fermionen aan elkaar gebonden in wat genoemd wordt Cooper-parenElk van hen bestaat uit twee fermionen die samen een samengesteld boson vormen. Deze Cooper-paren gedragen zich net als bosonen en kunnen daarom een ​​supervloeistof vormen.

Otte en zijn team experimenteren al een tijdje met fermionische helium-3-supervloeistof en ontdekten dat hoewel de Cooper-paren erg kwetsbaar zijn, onderzoekers er een draad in kunnen steken zonder de paren te breken of zelfs de stroom van de supervloeistof te verstoren. Daarom besloot het team een ​​sonde te ontwerpen om de eigenschappen van de vloeistof van dichtbij en persoonlijk te bestuderen.

Nou, het is echt raar. Het oppervlak van de vloeistof lijkt een onafhankelijke tweedimensionale laag te vormen die warmte van de staaf wegleidt. Het grootste deel van het superfluïde eronder werkt bijna als een vacuüm; De onderzoekers ontdekten dat het volledig passief is en helemaal nergens op lijkt.

Het enige deel van de vloeistof dat in wisselwerking stond met de sonde was de tweedimensionale oppervlaktelaag. Het grootste deel kan alleen worden bereikt als er een enorme hoeveelheid energie aan wordt overgedragen. De thermomechanische eigenschappen van het superfluïde worden volledig bepaald door die 2D-laag.

“Deze vloeistof zou 2D lijken als je er je vinger in zou kunnen steken. Het grootste deel van de supervloeistof lijkt leeg, terwijl warmte in een 2D-subsysteem langs de randen van de bulk stroomt – met andere woorden, langs je vinger.” zegt Oti.

“Dit herdefinieert ook ons ​​begrip van supervloeistoffen [Helium-3]. “Voor een wetenschapper kan dit een grotere impact hebben dan praktijkgerichte training in de kwantumfysica.”

Onderzoekers zeggen dat de gevolgen diepgaand zijn. Helium 3 is een supervloeistof Het zuiverste materiaal dat we kennenAls zodanig is het van groot wetenschappelijk belang om dit te bestuderen Collectieve toestanden van materie Zoals overtollig vocht. Inzicht in hoe de 2D-laag zich gedraagt, kan licht werpen op het gedrag van quasideeltjes, topologische defecten en kwantumenergietoestanden.

“Deze onderzoeksmethoden” De onderzoekers schrijven“Het heeft het potentieel om ons begrip van dit veelzijdige, macroscopische kwantumsysteem te transformeren.”

Zoeken is Vanwege het uiterlijk in Natuurcommunicatieen hij Beschikbaar in archief.