Naučnici su u sredu rekli da su po prvi put uspešno pokrenuli čudnu materiju zvanu „superčvrsta“ – koja je i kruta i tečna – pružajući direktan dokaz dvojne prirode ove kvantne neobičnosti.
U svakodnevnom životu postoje četiri agregatna stanja – čvrsto, tečno, gasovito i ređe plazma.
Ali fizičari već dugo istražuju ono što je poznato kao „egzotična“ stanja materije, koja se stvaraju na neverovatno visokim nivoima energije ili temperaturama toliko niskim da se približavaju apsolutnoj nuli (-273,15 stepeni Celzijusa).
U ovim ekstremnim uslovima, materija počinje da se ponaša sasvim drugačije od onoga na šta smo navikli.
Tečnosti kao što su tečnost ili gas mogu dobiti veći ili manji otpor protoku, koji se meri viskozitetom. Med je, na primer, viskozniji od vode.
Superfluidi, izuzetno hladna egzotična materija, imaju nulti viskozitet – nema otpora tako da slobodno teku.
Ako bi se superfluid mešao u šoljici, on bi beskonačno tekao unaokolo, a da se nikada ne bi usporavao.
Pre više od pola veka, fizičari su predvideli postojanje „superčvrstog“ stanja.
To je materija koja ima svojstva i čvrste i superfluidne, u kojoj deo atoma teče bez trenja kroz rešetku – pravilan raspored tačaka ili objekata – krute kristalne strukture.
Istraživači su ranije uspeli da posmatraju ove kristalne strukture unutar superčvrstih tela na nekoliko načina.
Ali direktno posmatranje bizarnog načina na koji ova materija teče ostalo je neuhvatljivo, rekla je Frančeska Ferlaino, fizičar sa austrijskog Univerziteta u Insbruku.
Sve dok nova studija koju je vodio Ferlaino nije objavljena u časopisu Nature u sredu.
Tim je uspeo da pokrene superčvrsto telo kako bi posmatrao sićušne vrtloge – nazvane kvantizovanim vrtlozima – koji su „pušeći pištolj superfluidnosti“, rekao je Ferlaino za AFP.
„Zamislite da popijete šoljicu kafe i da je malo zavrtite kašikom“, objasnila je.
„Videćete kako se kafa vrti oko centra, a ako bolje pogledate, možda postoji vrtlog u sredini gde se tečnost najbrže kovitla. Ovo je klasičan primer vorteksa u običnoj tečnosti.“
Sada zamislite da je kafa zamenjena superfluidnom.
„Ako polako vrtite kašiku, bićete iznenađeni kada vidite da se superfluid uopšte ne rotira zajedno sa kašikom – ostaje savršeno nepomičan, kao da ga ništa ne ometa“, rekao je Ferlaino.
„Međutim, ako brže zavrtite kašiku, umesto da formirate jedan veliki vrtlog u centru, dešava se nešto neverovatno. Počinje da se pojavljuje niz malih vrtloga, ili kvantizovanih vrtloga“, rekla je ona.
„Ovo su kao male rupe u tečnosti, od kojih svaka rotira određenom brzinom“, objasnila je ona.
„Umesto toga, oni se ređaju u prelepe, pravilne šare preko površine superfluida, skoro kao rupe u komadu sira Grujer, ali savršeno organizovane.
Godine 2021, tim Univerziteta u Insbruku stvorio je dugovečnu, dvodimenzionalnu superčvrstu materiju hlađenjem određenih atoma i molekula na ekstremno niske temperature u laboratoriji.
„Sledeći korak – razvoj načina za mešanje superčvrstog tela bez uništavanja njegovog krhkog stanja – zahtevao je još veću preciznost“, rekla je Eva Kasoti, glavni autor studije.
Tim je koristio magnetna polja da pažljivo rotira njihov superčvrst, mešajući ga da stvori prilično kvantizovane vrtloge.
„Naši nalazi nam daju snažan, direktan dokaz dualne prirode superčvrstog stanja“, rekao je Ferlaino.
Istraživači kažu da će ovo otkriće omogućiti da se simuliraju fenomeni u laboratoriji koji se obično dešavaju samo u zaista ekstremnim uslovima.
Ovo uključuje ono što se dešava u srcu neutronskih zvezda, neverovatno gusta i kompaktna jezgra koja ostaju kada masivne zvezde postanu supernove.
„Pretpostavlja se da su promene u brzini rotacije uočene u neutronskim zvezdama – takozvani kvarovi – uzrokovane superfluidnim vrtlozima zarobljenim unutar neutronskih zvezda“, rekao je u saopštenju Thomas Bland, koji je radio na projektu.
