Dwa wymiary cieczy? To już nie science-fiction!

Ciało nadstałe, które ma dwa wymiary? To nie film science fiction, ale eksperyment naukowy zakończony sukcesem, który wkroczył w obszar fizyki kwantowej.

Różne skupienia cieczy

W magazynie „Nature” pojawił się niedawno artykuł na temat zaskakującego eksperymentu. Polegał on na wytworzeniu ciała nadstałego, który ma nie jeden, ale dwa wymiary. Przypomnijmy, że właściwości cieczy mogą być różne, w zależności np. od tego, jaka jest jej lepkość – może być ona bardzo wysoka i kleić się do palców, ale również może być niska czy wynosić zero. Ciecz o lepkości zerowej posiada cząsteczki, w których nie występuje tarcie. Ciało nadstałe zaś posiada cząstki mogą być jednocześnie uwięzione w sieci budującej ciało stałe i całkowicie poza nią, co sprawia, że mogą przenikać przez nie jak fala.

–By pojąć, czym jest ciało nadstałe, pomyślmy o kostce lodu zanurzonej w ciekłej wodzie. Takiej kostce, przez którą woda przepływa bez najmniejszego tarcia – wyjaśniał w magazynie „Nature” Bruno Laburthe-Tolra z paryskiego Laboratorium Fizyki Laserów.

Dwa wymiary skupienia

Co ciekawe, powyższa faza skupienia została eksperymentalnie dowiedziona dopiero w 2017 r. a dopiero w 2019 r., udało się uzyskać fazę nadstałą w kondensacie Bosego-Einsteina – badacze sprawili, że w okolicach zera absolutnego atomy gazowego helu tworzące kondensat zaczęły układać się w uporządkowany wzór, zachowując nadciekłość – ale tylko w jednym wymiarze.

Nadstałą fazę skupienia w dwóch wymiarach uzyskano dopiero niedawno – badacze wykorzystali właściwości magnetyczne atomów i dodali kolejny rządek atomów, tworząc tym samym strukturę dwuwymiarową. Wykorzystali do tego nie hel, jak poprzednio, tylko gazową formę dysprozu, rzadkiego pierwiastka o liczbie atomowej 66. I choć ten eksperyment nie podważa ani nie zmienia w żaden sposób praw fizyki, dzięki niemu wiemy jak plastyczne i potencjalne są stany skupienia w świecie materialnym. Dzięki tej wiedzy pojawia się okazja prowadzenia badań nad nadciekłym gazem kwantowym, który będzie mógł mieć wiele różnych zastosowań w świecie praktycznym.

 

Opracowanie: Kamila Gulbicka
Źródło: National Geographic