Într-un mediu superfluid nu există limită de viteză
Cercetătorii sunt de părere că au descoperit motivul care explică această situație neobișnuită.
În mediul rece și dens al unui superfluid de heliu-3, oamenii de știință au făcut recent o descoperire neașteptată: un obiect străin care călătorește prin acest mediu ar putea depăși o limită critică de viteză fără a distruge echilibrul superfluidului fragil. Deoarece acest lucru contrazice înțelegerea cercetătorilor asupra superfluidității, a prezentat o enigmă importantă pentru aceștia, dar acum, recreând și studiind fenomenul, fizicienii au aflat ce se află în spatele acestuia. Particulele din superfluid se lipesc de obiect, protejându-l de interacțiunea cu întreg superfluidul, prevenind astfel ruperea acestuia, notează Live Science.
„Superfluidul de heliu-3 se simte ca un vid pentru o tijă care se mișcă prin el, deși este un lichid relativ dens. În interiorul acestuia nu există rezistență”, a spus fizicianul Samuli Autti de la Universitatea Lancaster din Marea Britanie. „Mi se pare foarte interesant acest lucru”.
Superfluidele, domeniul de vârf al fizicii
Superfluidele sunt un tip de fluid care are zero vâscozitate și zero frecare și, prin urmare, curge fără a-și pierde energia cinetică. Acestea pot fi făcute relativ ușor din bosoni ai izotopului heliu-4, care, când sunt răcite la puțin peste zero absolut, încetinesc suficient pentru a se suprapune și a forma un grup de atomi de densitate mare care acționează ca un „super-atom”.
Totuși, acești „superatomi” formează doar un singur tip de superfluid. Un alt tip se bazează pe fermioni, particule care includ elementele de bază ale atomilor, printre care se numără electronii sau quarcii. Când sunt răciți sub o anumită temperatură, fermionii se leagă împreună în ceea ce cercetătorii numesc „perechi Cooper”, fiecare alcătuită din doi fermioni care formează împreună un boson compus.
Aceste perechi Cooper se comportă exact ca bosoni și pot forma astfel un superfluid. Superfluidele sunt destul de fragile, iar perechile Cooper se pot dezintegra dacă un obiect se deplasează prin el peste o anumită viteză, numită „viteza critică Landau”.
Într-un studiu din 2016, cercetătorii de la Universitatea Lancaster au descoperit că o tijă care se deplasa printr-un superfluid de heliu-3 ar putea depăși această viteză fără a sparge perechile Cooper. În experimentele lor de confirmare, au măsurat forța necesară pentru a deplasa tija prin superfluid. Cercetătorii au măsurat o forță extrem de mică când sârma a început să se miște, dar odată ce s-a mișcat, forța necesară pentru a-și continua mișcarea era zero.
„Făcând tija să-și schimbe direcția de mișcare, am putut concluziona că tija va fi ferită de superfluid de particulele legate care o acoperă, chiar și atunci când viteza sa este foarte mare”, a spus fizicianul Ash Jennings de la Universitatea Lancaster.
Studiul a fost publicat în Nature Communications.
Citește și:
Mistere încă neelucidate ale Universului. Teoria câmpului celest
Cercetătorii au construit ”atomi giganți” care pot îmbunătăți computerele cuantice
Savanţii au măsurat pentru prima dată forţa misterioasă care duce la alinierea cristalelor