O echipa de cercetare stiintifica a reusit sa observe pentru prima data o caracteristica fundamentala într-un supersolid, aducând astfel o dovada directa ce atesta existenta acestei stari extreme de agregare a materiei, care combina rigiditatea si fluiditatea.
În viata noastra de zi cu zi, materia se prezinta sub cele patru stari clasice ale sale: solida, lichida, gazoasa si plasma. Însa oamenii de stiinta sunt preocupati de multa vreme de starile denumite „exotice” ale materiei, care se formeaza la temperaturi apropiate de zero absolut (-273,15 grade Celsius), la niveluri de energie foarte ridicate sau la niveluri de gravitatie si de densitate extreme, asa cum se întâmpla în gaurile negre.
În aceste conditii, materia prezinta proprietati fizice sau comportamente foarte diferite de cele observate în starile de agregare clasice.
Astfel, fluidele normale (lichidele si gazele) au o rezistenta mai mare sau mai mica la curgere, denumita vâscozitate – uleiul este, de exemplu, mai vâscos decât apa. Superfluidele, în schimb, nu au vâscozitate: ele curg fara pierdere de energie, ceea ce le permite sa circule la nesfârsit într-un recipient si fara sa încetineasca.
În urma cu peste 50 de ani, fizicienii au prezis existenta unei stari supersolide informeaza AFP/Agerpres. În cadrul acesteia, materia prezinta în acelasi timp proprietatile unui solid clasic, cu o structura cristalina, si proprietatile unui superfluid, în care o parte dintre atomii sai curg fara vâscozitate prin reteaua solida.
Vortexuri cuantificate
Structura cristalina a acestor supersolide fusese deja fotografiata, dar, pâna în prezent, superfluiditatea lor a fost dedusa doar din diferite observatii.
„Lipsea înca din cercetarea noastra o observare directa a uneia dintre proprietatile caracteristice si fundamentale ale superfluiditatii: curgerea fara rotatie”, a declarat Francesca Ferlaino, coordonatoarea studiului publicat în revista Nature.
„Imaginati-va ca aveti o ceasca cu cafea si ca învârtiti putin cafeaua cu o lingura. Veti vedea cafeaua care se învârte în jurul centrului sau, un exemplu clasic de vortex într-un fluid obisnuit”, a explicat fiziciana de la Universitatea Innsbruck din Austria. „Daca înlocuim cafeaua cu un superfluid, acesta nu se învârte cu lingura, ramâne perfect imobil, ca si cum nimic nu l-ar fi deranjat. Totusi, daca învârtiti lingura mai repede, în loc sa formeze un mare vârtej în centru, o serie de mici vârtejuri (denumite vortexuri cuantificate) încep sa apara. Sunt ca niste gauri mici în fluid, fiecare învârtindu-se cu o viteza specifica, iar ele se organizeaza în frumoase motive regulate la suprafata superfluidului, aproape la fel ca gaurile dintr-o bucata de brânza Gruyere”, a continuat Francesca Ferlaino. Echipa ei a reusit sa creeze si sa observe în laborator aceste vortexuri cuantificate.
Stele neutronice
În 2021, echipa din Innsbruck reusise deja sa creeze un supersolid cu durata lunga de viata, racind anumiti atomi si molecule la temperaturi foarte joase.
A trebuit apoi sa se gaseasca un mijloc pentru a agita acel supersolid fara a distruge starea sa fragila. Cercetatorii au utilizat câmpuri magnetice pentru a îl face sa se învârta cu precautie, formându-se astfel vortexuri cuantificate.
Noua cercetare furnizeaza „o dovada puternica si directa despre dubla natura a unei stari supersolide”, a subliniat Francesca Ferlaino.
Aceasta cercetare deschide noi posibilitati pentru întelegerea si reproducerea în laborator a unor fenomene naturale extrem de rare, întâlnite doar în conditii de gravitatie si densitate extrema.
Cum ar fi recrearea a ceea ce se întâmpla în centrul stelelor neutronice, acele astre extrem de dense si de compacte nascute din colapsul unor stele masive.
„Se presupune ca variatiile vitezei de rotatie din stelele neutronice – denumite «distorsiuni» («glitches») – sunt cauzate de superfluide captive în interior. Platforma noastra ofera oportunitatea de a simula astfel de fenomene aici, pe Terra”, a explicat cercetatorul Thomas Bland, care a participat la realizarea studiului.
NICUSOR DINCA
Comentarii