Vědci poprvé proměnili světlo na „supersolid“ – podivný stav hmoty, který je zároveň pevný i kapalný.
Přestože vědci předtím vyráběli supersolidy z atomů, jedná se o první instanci spojování světla a hmoty k vytvoření supersolid a otevírá nové dveře pro studium fyziky kondenzované hmoty, vysvětlili vědci v článku zveřejněném 5. března v časopise. Věda.
Ale co přesně je supersolid a proč je tento nový vývoj tak vzrušující? Tady je vše, co potřebujete vědět.
Co je supersolid?
Supersolidy jsou divné stav hmoty definované Kvantová mechanika Tam, kde částice kondenzují do řádné, krystalická pevná látka, ale také se pohybují jako kapalina, která nemá viskozitu. (Viskozita odkazuje na vnitřní tření látky a řídí, jak hladce teče). Pevné látky se obvykle pohybují sami, ale supersolidy mění směr a hustotu v závislosti na interakcích částic při zachování organizované struktury mřížky.
Proč jsou supersolidy tak chladné?
Supersolidy vyžadují, aby se vytvořily extrémně nízké teploty – obvykle velmi blízko Absolutní nula (mínus 459,67 stupňů Fahrenheit, nebo mínus 273,15 stupňů Celsia). Většina částic musí zabírat dostupný stav nejnižší energie a teplo způsobuje, že částice vyskočí nahoru a dolů jako vzrušující batolata v kulové jámě.
Pokud je materiál dostatečně studený, teplota již nezakrývá, jak částice vzájemně interagují. Místo toho se drobné účinky kvantové mechaniky stávají určujícími faktory v tom, jak se materiál chová.
Představte si, že batolata odešla domů a míčová jáma se usadila v klidném stavu. Nyní můžeme v míru studovat, jak jednotlivé komponenty míčové jámy vzájemně interagují, abychom definovali její vlastnosti.
Související: 32 Fyzikální experimenty, které změnily svět
Jak může tekutina mít žádnou viskozitu?
Viskozita je měřítkem toho, jak snadno tekutina mění její tvar. Tekutina s vyšší viskozitou má tendenci se držet více pro sebe, a proto odolává pohybu, jako je to, jak se sirup pohybuje pomaleji, když se nalije z nádoby ve srovnání s tím, jak to potoky voda z kohoutku. Všechny tekutiny, s výjimkou superfluidů a supersolidů, mají určité množství viskozity.
Nejznámějším příkladem tekutiny bez viskozity je helium ochlazeno na teploty v několika stupních absolutní nuly. Částice nejsou zcela na absolutní nule; – Trochu se kroutili kvůli princip nejistoty. V případě izotopu helia-4 se hodně kroutili kolem-natolik, aby znemožnilo, aby se vzorek helia-4 stal pevným na absolutní nule, pokud není tlak v hodnotě asi 25 atmosféry, aby se skutečně vrhaly částice.
HELIUM-4 se kroutit na absolutní nule a jiných kvantových jevech způsobuje některé drastické změny v tom, jak tekutina působí. Přestane mít tření (a proto nemá žádnou viskozitu) a může se rychle sifonovat mimo jiné z kontejnerů.
Jak můžeme udělat světlo na pevnou látku?
Supersolidy byly Vyrobeno z atomových plynů před. Nový výzkum však použil nový mechanismus, který se spoléhá na vlastnosti systémů „Polariton“.
Polaritony jsou tvořeny spojováním fotonů (světla) a kvaziparticle, jako jsou excitony, prostřednictvím silných elektromagnetických interakcí. Jejich vlastnosti jim umožňují kondenzovat na nejnižší možnou energii podobným způsobem jako některé atomové plyny. Jinými slovy, světlo je spojeno s hmotou a společně je lze zhubnout do supersolidu.
Proč jsou supersolidy užitečné?
Supersolidy jsou důležité pro studium, protože ukazují účinky malých kvantových interakcí mezi částicemi bez teploty. Když zmapujeme chování a vlastnosti supersolidů, opravdu se díváme na to, jak jsou atomy a částice sestaveny. To nás učí o světě, ve kterém žijeme na základní úrovni.
S větším výzkumem a vývojem by mohly být supersolidy použity kvantové výpočetní techniky, supravodičeMaziva bez tření a aplikace, na které jsme ještě nezačali myslet. Existuje tolik možností, které musíme ještě objevit – a udělat supersolid ze světla je velkým krokem vpřed.
