O echipă de cercetare ştiinţifică a reuşit să observe pentru prima dată o caracteristică fundamentală într-un supersolid, aducând astfel o dovadă directă ce atestă existenţa acestei stări extreme de agregare a materiei, care combină rigiditatea şi fluiditatea, informează AFP, citată de Agerpres.
În viaţa noastră de zi cu zi, materia se prezintă sub cele patru stări clasice ale sale: solidă, lichidă, gazoasă şi plasmă.
Însă oamenii de ştiinţă sunt preocupaţi de multă vreme de stările denumite „exotice” ale materiei, care se formează la temperaturi apropiate de zero absolut (-273,15 grade Celsius), la niveluri de energie foarte ridicate sau la niveluri de gravitaţie şi de densitate extreme, aşa cum se întâmplă în găurile negre.
În aceste condiţii, materia prezintă proprietăţi fizice sau comportamente foarte diferite de cele observate în stările de agregare clasice.
Astfel, fluidele normale (lichidele şi gazele) au o rezistenţă mai mare sau mai mică la curgere, denumită vâscozitate – uleiul este, de exemplu, mai vâscos decât apa.
Superfluidele, în schimb, nu au vâscozitate: ele curg fără pierdere de energie, ceea ce le permite să circule la nesfârşit într-un recipient şi fără să încetinească.
În urmă cu peste 50 de ani, fizicienii au prezis existenţa unei stări supersolide. În cadrul acesteia, materia prezintă în acelaşi timp proprietăţile unui solid clasic, cu o structură cristalină, şi proprietăţile unui superfluid, în care o parte dintre atomii săi curg fără vâscozitate prin reţeaua solidă.
Stele neutronice
Structura cristalină a acestor supersolide fusese deja fotografiată, dar, până în prezent, superfluiditatea lor a fost dedusă doar din diferite observaţii.
„Lipsea încă din cercetarea noastră o observare directă a uneia dintre proprietăţile caracteristice şi fundamentale ale superfluidităţii: curgerea fără rotaţie”, a declarat Francesca Ferlaino, coordonatoarea studiului publicat miercuri în revista Nature.
„Imaginaţi-vă că aveţi o ceaşcă cu cafea şi că învârtiţi puţin cafeaua cu o lingură. Veţi vedea cafeaua care se învârte în jurul centrului său, un exemplu clasic de vortex într-un fluid obişnuit”, a explicat această fiziciană de la Universitatea Innsbruck din Austria.
Dacă înlocuim cafeaua cu un superfluid, acesta nu se învârte cu lingura, rămâne perfect imobil, ca şi cum nimic nu l-ar fi deranjat.
„Totuşi, dacă învârtiţi lingura mai repede, în loc să formeze un mare vârtej în centru, o serie de mici vârtejuri (denumite vortexuri cuantificate) încep să apară. Sunt ca nişte găuri mici în fluid, fiecare învârtindu-se cu o viteză specifică, iar ele se organizează în frumoase motive regulate la suprafaţa superfluidului, aproape la fel ca găurile dintr-o bucată de brânză Gruyere”, a continuat Francesca Ferlaino.
Echipa ei a reuşit să creeze şi să observe în laborator aceste vortexuri cuantificate. Este vorba despre o reuşită foarte greu de realizat.
În 2021, echipa din Innsbruck reuşise deja să creeze un supersolid cu durată lungă de viaţă, răcind anumiţi atomi şi molecule la temperaturi foarte joase.
A trebuit apoi să se găsească un mijloc pentru a agita acel supersolid fără a distruge starea sa fragilă. Cercetătorii au utilizat câmpuri magnetice pentru a îl face să se învârtă cu precauţie. Iar asta a dus la formarea de vortexuri cuantificate.
Noua cercetare furnizează „o dovadă puternică şi directă despre dubla natură a unei stări supersolide”, a subliniat Francesca Ferlaino.
Studiul le va permite, de asemenea, oamenilor de ştiinţă să observe în laborator fenomene fizice care nu se produc în natură decât în condiţii extreme.
Cum ar fi recrearea a ceea ce se întâmplă în centrul stelelor neutronice, acele astre extrem de dense şi de compacte născute din colapsul unor stele masive.
„Se presupune că variaţiile vitezei de rotaţie din stelele neutronice – denumite „distorsiuni” („glitches”) – sunt cauzate de superfluide captive în interior. Platforma noastră oferă oportunitatea de a simula astfel de fenomene aici, pe Terra”, a explicat într-un comunicat de presă cercetătorul Thomas Bland, care a participat la realizarea studiului.
sursa – AGERPRES
