Για πρώτη φορά, ερευνητές κατάφεραν να μετατρέψουν το φως σε μια «υπερστερεά» ουσία – μια παράξενη κατάσταση ύλης που είναι ταυτόχρονα στερεή και υγρή.
Αν και οι επιστήμονες είχαν δημιουργήσει υπερστερεό από άτομα στο παρελθόν, αυτή είναι η πρώτη φορά που συνδυάζονται το φως και η ύλη για τη δημιουργία υπερστερεού. Αυτό ανοίγει νέες δυνατότητες για τη μελέτη της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης, σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 5 Μαρτίου στο περιοδικό Science.
Αλλά τι ακριβώς είναι ένα υπερστερεό και γιατί αυτή η νέα ανακάλυψη είναι τόσο συναρπαστική; Ορίστε όσα πρέπει να γνωρίζετε.
Τι είναι ένα υπερστερεό;
Το υπερστερεό είναι μια παράξενη κατάσταση ύλης που ορίζεται από την κβαντική μηχανική, όπου τα σωματίδια συμπυκνώνονται σε μια τακτοποιημένη, κρυσταλλική στερεά μορφή αλλά κινούνται σαν υγρό χωρίς ιξώδη αντίσταση. (Η ιξώδης αντίσταση αναφέρεται στην εσωτερική τριβή μιας ουσίας, που καθορίζει πόσο ομαλά ρέει.)
Συνήθως, τα στερεά δεν κινούνται από μόνα τους, αλλά τα υπερστερεά αλλάζουν κατεύθυνση και πυκνότητα ανάλογα με τις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων, ενώ διατηρούν μια οργανωμένη δομή πλέγματος.
Γιατί είναι τα υπερστερεά τόσο κρύα;
Τα υπερστερεά απαιτούν εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες για να σχηματιστούν – συνήθως πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273,15 βαθμούς Κελσίου). Τα περισσότερα από τα σωματίδια πρέπει να καταλάβουν την χαμηλότερη διαθέσιμη ενεργειακή κατάσταση, και η θερμότητα προκαλεί τα σωματίδια να κινούνται.
Αν το υλικό είναι αρκετά κρύο, η θερμοκρασία πλέον δεν κρύβει πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια μεταξύ τους. Αντίθετα, τα μικροσκοπικά αποτελέσματα της κβαντικής μηχανικής γίνονται οι καθοριστικοί παράγοντες στο πώς συμπεριφέρεται το υλικό.
Πώς μπορεί ένα υγρό να μην έχει ιξώδη αντίσταση;
Η ιξώδης αντίσταση είναι μέτρο του πόσο εύκολα αλλάζει ένα υγρό το σχήμα του. Ένα υγρό με υψηλή ιξώδη αντίσταση τείνει να κολλάει στον εαυτό του και έτσι αντιστέκεται στην κίνηση. Το πιο γνωστό παράδειγμα ενός υγρού χωρίς ιξώδη αντίσταση είναι το ήλιο που έχει ψυχθεί σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Τα σωματίδια δεν είναι εντελώς ακίνητα σε απόλυτο μηδέν, κινούνται λίγο λόγω της αρχής της αβεβαιότητας.
Στην περίπτωση του ισοτόπου ήλιου-4, τα σωματίδια κινούνται αρκετά για να καταστήσουν αδύνατη τη μετατροπή του ήλιου-4 σε στερεό σε απόλυτο μηδέν, εκτός αν ασκηθούν περίπου 25 ατμόσφαιρες πίεσης για να συμπιέσουν τα σωματίδια μαζί.
Γιατί είναι σημαντικά τα υπερστερεά;
Τα υπερστερεά είναι σημαντικά για μελέτη επειδή δείχνουν τις επιπτώσεις των μικρών, κβαντικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των σωματιδίων χωρίς η θερμοκρασία να επηρεάζει τη συμπεριφορά τους. Όταν χαρτογραφούμε τη συμπεριφορά και τα χαρακτηριστικά των υπερστερεών, εξετάζουμε πραγματικά πώς τα άτομα και τα σωματίδια είναι οργανωμένα. Αυτό μας διδάσκει για τον κόσμο γύρω μας σε θεμελιώδες επίπεδο.
Υπάρχουν τόσες πολλές δυνατότητες που έχουμε ακόμα να ανακαλύψουμε – και η δημιουργία υπερστερεών από φως είναι ένα μεγάλο βήμα μπροστά.