Super čvrsto stanje materije stvoreno u novoj dimenziji

Osim osnovnih dobro poznatih agregatnih stanja tvari koje smo učili na satovima fizike, odnosno krutog, tekućeg i plinovitog stanja te plazme, znanstvenici u laboratoriju dočaravaju i mnoga egzotična stanja kao što su primjerice superfluidi, Bose–Einsteinov kondenzat i dropleton. Jedno od njih, poznato kao super čvrsto potvrđeno je tek prije nekoliko godina, a sada su ga istraživači sa Sveučilišta u Innsbrucku stvorili u novom dvodimenzionalnom obliku.

Super čvrsto stanje nije onakvo kako zvuči. U biti, u njemu su atomi raspoređeni u krutoj kristalnoj strukturi, poput pravilne čvrste tvari - ali mogu i teći s nultom viskoznošću, poput supertekućine. To zvuči kao paradoks, ali znanstvenici su smatrali da je teoretski moguće a 2017. konačno su to eksperimentalno potvrdili.

Nekoliko timova istraživača napravilo je super čvrsto tijelo koristeći drugo egzotično agregatno stanje tvari koje se naziva Bose-Einsteinov kondenzat (BEC). On se sastoji od oblaka plinova niske gustoće atoma ohlađenih do gotovo apsolutne nule pri čemu se materija prestaje ponašati kao set neovisnih čestica, i kolabira u jedno kvantno stanje koje se može opisati s jednom uniformnom valnom funkcijom.

Austrijski znanstvenici napravili su BEC od atoma disprozija, a magnetske interakcije između atoma uzrokovale su njihovo raspoređivanje u kapljice, koje su same poredane u mrežu. U prethodnim pokusima super čvrsto stanje je tvoreno samo jednodimenzionalno, tako da su atomi mogli teći samo u jednom smjeru a tim iz Innsbrucka dao im je potpuno novu dimenziju.

"Normalno, pomislili biste da bi se svaki atom našao u određenoj kapljici, bez načina da se nalazi između njih", kaže Matthew Norcia, autor studije. “Međutim, u super čvrstom stanju svaka čestica je delokalizirana po svim kapljicama, koje istovremeno postoje u svakoj kapljici. Dakle, u osnovi imate sustav s nizom regija velike gustoće (kapljice) koje sve dijele iste delokalizirane atome. "

Tim kaže da bi ovo otkriće moglo omogućiti fizičarima proučavanje potpuno novog raspona kvantnih čudnovatosti koje im ne može pružiti jednodimenzionalno super čvrsto tijelo.

"Na primjer, u dvodimenzionalnom super čvrstom sustavu može se proučiti kako se vrtlozi stvaraju u rupi između nekoliko susjednih kapljica", kaže Norcia. "Ovi vrtlozi opisani u teoriji još nisu demonstrirani, ali predstavljaju važnu posljedicu superfluidnosti."

Čitavu studiju objavljenu u časopisu Nature možete pronaći na ovoj poveznici.