Fisikawan telah menciptakan bahan superpadat dua dimensi pertama – eksotis tahap perintah Ini berperilaku seperti cairan padat dan tanpa gesekan pada saat yang bersamaan.
Supersolid adalah bahan yang atom Mereka diatur dalam struktur kristal berulang yang teratur, tetapi juga dapat mengalir selamanya tanpa kehilangan energi kinetik. Terlepas dari sifat-sifatnya yang aneh, yang tampaknya melanggar banyak hukum fisika terkenal, fisikawan telah lama mengantisipasinya dalam teori – ini pertama kali muncul sebagai saran dalam karya fisikawan Eugene Gross pada awal tahun 1957.
Sekarang, menggunakan laser dan gas ultra-dingin, fisikawan akhirnya berhasil mengubah super-padat menjadi struktur dua dimensi, kemajuan yang memungkinkan para ilmuwan untuk memecahkan fisika yang lebih dalam di balik sifat misterius fase materi eksotis.
Terkait: 12 eksperimen luar biasa dalam fisika kuantum
Yang menarik bagi para peneliti adalah bagaimana superpadat dua dimensi mereka akan berperilaku ketika mereka digulung dalam lingkaran, bersama dengan vortisitas kecil, atau vortisitas, yang akan muncul di dalamnya.
“Kami berharap akan banyak belajar dari mempelajari osilasi rotasi, misalnya, serta vortisitas yang bisa ada dalam sistem 2D jauh lebih mudah daripada yang mereka lakukan di 1D,” kata penulis utama Matthew Norcia, seorang fisikawan di Universitas. dari Quantum Institute Innsbruck Optics and Quantum Information (IQOQI) di Austria, kepada Live Science melalui email.
Untuk membuat super solid, tim menangguhkan awan disprosium-164 atom di dalam pinset optik sebelum mendinginkan atom hingga tepat di atas nol Kelvin (minus 459,67 derajat Fahrenheit, atau minus 273,15 derajat Celcius) menggunakan teknologi yang disebut pendinginan laser.
Biasanya menembakkan laser ke gas akan memanaskannya, tetapi jika foton (partikel cahaya) dalam sinar laser bergerak berlawanan arah dengan partikel gas yang bergerak, mereka sebenarnya dapat menyebabkan partikel gas melambat dan mendingin. Setelah mendinginkan atom dysprosium sebanyak mungkin dengan laser, para peneliti melonggarkan “cengkeraman” pinset optik mereka, menciptakan ruang yang cukup bagi atom yang lebih energik untuk melarikan diri.
Karena partikel “lebih hangat” bergetar lebih cepat daripada yang lebih dingin, teknik ini, yang disebut pendinginan evaporatif, membuat para peneliti hanya memiliki atom superdinginnya; Atom-atom ini telah berubah menjadi fase materi baru – A Kondensor Bose-Einstein: Sekelompok atom superdingin dalam kisaran rambut nol mutlak.
Ketika gas didinginkan hingga suhu mendekati nol, semua atomnya kehilangan energinya, memasuki keadaan energi yang sama. Karena kita dapat membedakan antara atom-atom serupa dalam awan gas hanya dengan melihat tingkat energinya, persamaan ini memiliki efek yang mendalam: awan yang dulunya berbeda dari atom-atom yang bergetar, melompat, dan bertabrakan yang membentuk gas yang lebih hangat kemudian menjadi, dari mekanika kuantum sudut pandang, benar-benar identik.
Ini membuka pintu untuk beberapa hal yang sangat aneh efek kuantitatif. Salah satu aturan dasar perilaku kuantum, Prinsip Ketidakpastian Heisenberg, mengatakan bahwa Anda tidak dapat mengetahui posisi dan momentum partikel dengan akurasi mutlak. Namun, setelah atom Bose-Einstein yang terkondensasi berhenti bergerak, semua momentumnya diketahui. Hal ini menyebabkan posisi atom-atom menjadi sangat tidak pasti sehingga tempat-tempat yang mungkin mereka tempati tumbuh lebih luas daripada ruang di antara atom-atom itu sendiri.
Alih-alih atom yang terpisah, atom-atom yang mengintervensi dalam bola Bose-Einstein yang misterius bertindak seolah-olah mereka hanyalah satu partikel raksasa. Ini memberi beberapa kapasitor Bose-Einstein sifat superfluiditas – memungkinkan molekulnya mengalir tanpa gesekan. Faktanya, jika Anda memindahkan segelas cairan Bose-Einstein superfluida, itu tidak akan berhenti berputar.
Para peneliti menggunakan dysprosium-164 (sebuah isotop dysprosium) karena (di sebelah tetangganya dalam tabel periodik holmium) itu adalah yang paling magnetis dari setiap elemen yang ditemukan. Ini berarti bahwa ketika atom disprosium-164 didinginkan, selain menjadi superfluida, mereka juga menggumpal dalam tetesan, saling menempel seperti magnet batang kecil.
Dengan “menyetel keseimbangan antara interaksi magnetik jarak jauh dan interaksi kontak jarak pendek antara atom,” kata Norcia, tim mampu membuat tabung tetesan satu dimensi yang panjang yang juga mengandung atom yang mengalir bebas — a satu dimensi super padat. . Ini adalah pekerjaan mereka sebelumnya.
Untuk membuat lompatan dari supersolid 1D ke 2D, tim menggunakan perangkap yang lebih besar dan menjatuhkan intensitas sinar pinset optik ke dua arah. Ini, dikombinasikan dengan menjaga atom yang cukup dalam perangkap untuk mempertahankan kepadatan yang cukup tinggi, akhirnya memungkinkan mereka untuk membuat struktur tetesan zigzag, mirip dengan dua tabung berlawanan 1D yang duduk bersebelahan, dalam 2D super-kaku.
Dengan tugas menciptakannya di belakang mereka, fisikawan sekarang ingin menggunakan superpadat dua dimensi untuk mempelajari semua sifat yang muncul dari kehadiran dimensi ekstra ini. Misalnya, mereka berencana untuk mempelajari pusaran yang muncul dan terperangkap di antara tetesan susunan, terutama karena pusaran atom ini, setidaknya secara teori, dapat berputar selamanya.
Ini juga membawa para peneliti selangkah lebih dekat ke benda padat tiga dimensi berukuran super yang dibayangkan oleh proposal awal seperti Gross, dan bahkan sifat aneh yang mungkin mereka miliki.
Para peneliti menerbitkan temuan mereka pada 18 Agustus di jurnal alam.
Awalnya diterbitkan di Live Science.
“Pakar bir seumur hidup. Penggemar perjalanan umum. Penggemar media sosial. Pakar zombie. Komunikator.”
More Stories
Misi Starlink Selasa dari Cape Canaveral
Studi tersebut menegaskan bahwa olahraga memperlambat persepsi kita terhadap waktu
Hubble merayakan hari jadinya yang ke-34 dengan melihat Nebula Little Dumbbell