โดย Ben Turner เผยแพร่เมื่อ 18 สิงหาคม 2021 เว็บตรง อะตอมของซูเปอร์โซลิดสามารถเคลื่อนที่ได้โดยไม่สูญเสียพลังงานAn artist’s impression of the supersolid, which is like a solid and a liquid at the same time.
ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับ supersolid ซึ่งเป็นเหมือนของแข็งและของเหลวในเวลาเดียวกัน (เครดิตภาพ: IQOQI อินส์บรุค/ฮาราลด์ ริตช์)
นักฟิสิกส์ได้สร้าง supersolid สองมิติครั้งแรกซึ่งเป็นช่วงที่แปลกประหลาดของสสารที่มีพฤติกรรม
เหมือนของเหลวที่เป็นของแข็งและปราศจากแรงเสียดทานในเวลาเดียวกันSupersolids เป็นวัสดุที่มีอะตอมถูกจัดเรียงเป็นโครงสร้างผลึกปกติทําซ้ํา แต่ก็สามารถไหลได้ตลอดไปโดยไม่สูญเสียพลังงานจลน์ใด ๆ แม้จะมีคุณสมบัติประหลาดของพวกเขาซึ่งดูเหมือนจะละเมิดกฎหมายฟิสิกส์ที่รู้จักกันจํานวนมากนักฟิสิกส์ได้ทํานายพวกเขาในทางทฤษฎีมานานแล้ว – พวกเขาปรากฏตัวครั้งแรกเป็นข้อเสนอแนะในการทํางานของนักฟิสิกส์ Eugene Gross ตั้งแต่ต้นปี 1957
ตอนนี้การใช้เลเซอร์และก๊าซแช่เย็นสุด ๆ นักฟิสิกส์ได้เกลี้ยกล่อม supersolid ลงในโครงสร้าง 2 มิติในที่สุดความก้าวหน้าที่จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถถอดรหัสฟิสิกส์ที่ลึกกว่าเบื้องหลังคุณสมบัติลึกลับของระยะสสารแปลก ๆที่เกี่ยวข้อง: 12 การทดลองฟิสิกส์ควอนตัมที่สวยงาม
สิ่งที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งสําหรับนักวิจัยคือวิธีที่ supersolids 2D ของพวกเขาจะประพฤติตัวเมื่อพวกเขาปั่นเป็นวงกลมควบคู่ไปกับอ่างน้ําวนเล็ก ๆ น้อย ๆ หรือ vortices ที่จะผุดขึ้นภายในพวกเขา
”เราคาดหวังว่าจะมีมากที่จะเรียนรู้จากการศึกษาการสั่นของการหมุน, ตัวอย่างเช่น, เช่นเดียวกับ vortices ที่สามารถอยู่ในระบบ 2D ได้ง่ายขึ้นกว่าใน 1D,” ผู้เขียนนํา Matthew Norcia, นักฟิสิกส์ที่สถาบันของมหาวิทยาลัยอินส์บรุคสําหรับ Quantum Optics และข้อมูลควอนตัม (IQOQI) ในออสเตรีย, บอกวิทยาศาสตร์สดในอีเมล.
เพื่อสร้าง supersolid ของพวกเขาทีมระงับเมฆของอะตอม dysprosium-164 ภายในแหนบออปติคอล
ก่อนที่จะเย็นอะตอมลงไปเพียงเหนือศูนย์เคลวิน (ลบ 459.67 องศาฟาเรนไฮต์หรือลบ 273.15 องศาเซลเซียส) โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์
การยิงเลเซอร์ที่ก๊าซมักจะทําให้ร้อนขึ้น แต่ถ้าโฟตอน (อนุภาคแสง) ในลําแสงเลเซอร์กําลังเดินทางในทิศทางตรงกันข้ามของอนุภาคก๊าซที่เคลื่อนที่พวกเขาสามารถทําให้เกิดอนุภาคก๊าซช้าและทําให้เย็นลงได้ หลังจากระบายความร้อนอะตอม dysprosium เท่าที่พวกเขาสามารถด้วยเลเซอร์นักวิจัยคลาย “จับ” ของแหนบแสงของพวกเขาสร้างพื้นที่เพียงพอสําหรับอะตอมที่มีพลังมากที่สุดที่จะหลบหนี
เนื่องจากอนุภาคที่ “อุ่นขึ้น” กระตุกเร็วกว่าอนุภาคที่เย็นกว่าเทคนิคนี้เรียกว่าการระบายความร้อนแบบระเหยทําให้นักวิจัยเหลือเพียงอะตอมที่เย็นจัด และอะตอมเหล่านี้ได้ถูกเปลี่ยนเป็นขั้นตอนใหม่ของสสาร – คอนเดนเสท Bose-Einstein: คอลเลกชันของอะตอมที่ได้รับการระบายความร้อนเป็นพิเศษภายในความกว้างของเส้นผมของศูนย์สัมบูรณ์
เมื่อก๊าซเย็นลงใกล้อุณหภูมิศูนย์อะตอมทั้งหมดจะสูญเสียพลังงานเข้าสู่สถานะพลังงานเดียวกัน ในขณะที่เราสามารถแยกความแตกต่างระหว่างอะตอมที่เหมือนกันในเมฆก๊าซโดยดูที่ระดับพลังงานของพวกเขาความเท่าเทียมกันนี้มีผลลึกซึ้ง: เมฆที่ครั้งหนึ่งเคยแตกต่างกันของการสั่น, กระตุก, ชนกันอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นก๊าซอุ่นแล้วกลายเป็นจากมุมมองเชิงกลควอนตัมเหมือนกันอย่างสมบูรณ์แบบ
สิ่งนี้จะเปิดประตูสู่เอฟเฟกต์ควอนตัมที่แปลกประหลาดอย่างแท้จริง กฎสําคัญประการหนึ่งของพฤติกรรมควอนตัมหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กกล่าวว่าคุณไม่สามารถรู้ทั้งตําแหน่งของอนุภาคและโมเมนตัมด้วยความแม่นยําสัมบูรณ์ ถึงกระนั้นตอนนี้อะตอมคอนเดนเสท Bose-Einstein จะไม่เคลื่อนที่อีกต่อไปโมเมนตัมทั้งหมดของพวกเขาเป็นที่รู้จัก สิ่งนี้นําไปสู่ตําแหน่งของอะตอมกลายเป็นความไม่แน่นอนเพื่อให้สถานที่ที่พวกเขาอาจจะครอบครองเติบโตจะมีขนาดใหญ่ในพื้นที่กว่าช่องว่างระหว่างอะตอมตัวเอง
แทนที่จะเป็นอะตอมที่ไม่ต่อเนื่องอะตอมที่ทับซ้อนกันในลูกคอนเดนเสท Bose-Einstein เลือนจะทําหน้าที่ราวกับว่าพวกเขาเป็นเพียงอนุภาคยักษ์ตัวเดียว สิ่งนี้ทําให้ Bose-Einstein คอนเดนเสทบางส่วนของ superfluidity – ช่วยให้อนุภาคของพวกเขาไหลโดยไม่มีแรงเสียดทานใด ๆ ในความเป็นจริงถ้าคุณจะกวนแก้วของคอนเดนเสท Bose-Einstein superfluid มันจะไม่หยุดหมุน เว็บตรง
