تجربة برية تكشف ما يمكن أن يحدث إذا لمست سائلًا كميًا فائقًا: ScienceAlert

كشفت تجربة أخيرًا عن الشعور الذي قد تشعر به عند لمس سائل كمي فائق.

قام الفيزيائيون بتغطيس مسبار خاص بحجم الإصبع في نظير الهيليوم المبرد بدرجة أعلى بقليل من الصفر المطلق وسجلوا الخصائص الفيزيائية هناك.

ويقولون إن هذه هي المرة الأولى التي تكون لدينا فيها فكرة عما قد يبدو عليه الكون الكمي. ولم يكن أحد بحاجة إلى التعرض لقضمة صقيع مروعة أو إفساد تجربة ليكتشف ذلك بالفعل.

“من الناحية العملية، نحن لا نعرف الإجابة على السؤال: ما هو الشعور الذي تشعر به عند لمس فيزياء الكم؟” يقول الفيزيائي سامولي أوتي من جامعة لانكستر في المملكة المتحدة، والذي قاد البحث.

“هذه الظروف التجريبية قاسية والتقنيات معقدة، لكن يمكنني الآن أن أخبرك كيف ستشعر إذا تمكنت من وضع يدك في هذا النظام الكمي. لم يتمكن أحد من الإجابة على هذا السؤال خلال 100 عام من تاريخ فيزياء الكم. ونحن الآن نظهر ذلك، على الأقل في السوائل الفائقة ³له، يمكن الإجابة على هذا السؤال.

الموائع الفائقة هي حالة من المادة تتصرف مثل الموائع بدون لزوجة أو احتكاك. هناك نوعان من نظائر الهيليوم القادرة على خلق سائل فائق. عند تبريدها إلى ما فوق الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية أو -459.67 درجة فهرنهايت)، تتباطأ البوزونات الموجودة في نظير الهيليوم-4 بدرجة كافية لتتداخل في مجموعة من الذرات ذات الكثافة العالية والتي تتصرف مثل الذرة الفائقة.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ تشغيل تلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صور في صور؛ مشاركة الويب” تسمح بملء الشاشة>

هيليوم-3 مختلف قليلا. نواتها هي الفرميونات، وهي فئة من الجسيمات التي يختلف دورانها عن البوزونات. عند تبريدها تحت درجة حرارة معينة، تترابط الفرميونات معًا فيما يسمى أزواج من كوبريتكون كل منها من فرميونين يشكلان معًا بوزونًا مركبًا. تتصرف أزواج كوبر هذه تمامًا مثل البوزونات، وبالتالي يمكن أن تشكل سائلًا فائقًا.

أجرى أوتي وفريقه تجارب على السائل الفرميوني الفائق الهيليوم-3 لبعض الوقت، ووجدوا أنه على الرغم من أن أزواج كوبر هشة للغاية، إلا أنه يمكن للباحثين إدخال سلك بالداخل دون كسر الأزواج، أو حتى تعطيل تدفق السوائل الفائقة. لذلك قرر الفريق تصميم مسبار لدراسة خصائص السائل عن قرب وبشكل شخصي.

حسنا، هذا غريب حقا. يبدو أن سطح السائل يشكل طبقة مستقلة ثنائية الأبعاد تعمل على توجيه الحرارة بعيدًا عن الجذع. معظم السوائل الزائدة الموجودة بالأسفل تعمل تقريبًا كفراغ؛ ووجد الباحثون أنها سلبية تمامًا ولا تشبه أي شيء على الإطلاق.

وكان الجزء الوحيد من السائل الذي تفاعل مع المسبار هو هذه الطبقة السطحية ثنائية الأبعاد. لا يمكن الوصول إلى الكتلة إلا إذا تم نقل دفعة هائلة من الطاقة إليها. يتم تحديد الخواص الميكانيكية الحرارية للسائل الفائق بالكامل من خلال هذه الطبقة ثنائية الأبعاد.

“سيبدو هذا السائل ثنائي الأبعاد إذا أمكنك وضع إصبعك فيه. معظم السائل الفائق يبدو فارغًا، بينما تتدفق الحرارة في نظام فرعي ثنائي الأبعاد على طول حواف الكتلة، بمعنى آخر، على طول إصبعك.” يقول أوتي.

“كما أنه يعيد تعريف فهمنا للسوائل الفائقة [Helium-3]. بالنسبة للعالم، قد يكون هذا أكثر تأثيرًا من فيزياء الكم.”

ويقول الباحثون إن الآثار المترتبة على ذلك عميقة. السائل الفائق الهيليوم-3 هو أنقى المواد المعروفةوعلى هذا النحو، فهي ذات أهمية علمية مكثفة لدراسة حالات المادة الجماعية مثل السوائل الزائدة. إن فهم سلوك الطبقة ثنائية الأبعاد يمكن أن يسلط الضوء على سلوك أشباه الجسيمات، والعيوب الطوبولوجية، وحالات الطاقة الكمومية.

“هذه سبل البحث”، يكتب الباحثون“لديها القدرة على تحويل فهمنا لهذا النظام الكمي العياني متعدد الاستخدامات.”

البحث هو يجب أن تظهر في الاتصالات الطبيعيةوهو متاح على أرشيف.