Фізики отримали незмішувані хмари газів

При зустрічі хмар двох різних газів зазвичай вони дифундують, змішуючись один з одним. Тим не менш, дослідникам з Массачусетського технологічного інституту вдалося створити хмари ультраохлажденных газів, які відштовхуються один від одного – це перший приклад спостереження незмішувані хмар газових хмар.

Незважаючи на те, що в експерименті брали участь газові хмари з атомів літію, охолоджених майже до абсолютного нуля, результати дослідження можуть знайти застосування для інтерпретації поведінки схожих систем, якими, наприклад, є нейтронні зірки. Високотемпературні надпровідники та кварк-глюонна плазма – розігріта суміш елементарних частинок, що утворилася на початкових стадіях Великого Гарячого вибуху.

Дослідники під керівництвом Мартіна Цвирлайна (Martin Zwierlein) проводили експерименти з ізотопами літію, що належать до класу фермионов. До фермионам також належать всі будівельні блоки матерії – електрони, протони, нейтрони і кварки.


Рис. 1. Два газові хмари (червоне і синє) відштовхуються
один від одного в результаті значних квантово-механічних
взаємодій. Такі газові хмари можуть служити моделлю
матерії, що знаходиться у виключно жорстких умовах –
нейтронні зірки або кварк-глюонна плазма молодий всесвіту.
(Малюнок з Nature, 2011; 472 (7342)).

Різні стани фермионной матерії відрізняються один від одного своєю рухливістю. Наприклад, електрони можуть бути рухливі як у металі, практично нерухомі, як у ізоляторі або переміщатися практично без опору, як, наприклад, в надпровіднику. Тим не менш, для деяких матеріалів, наприклад, високотемпературних надпровідників невідомо, завдяки чому відбувається індукція утворення того або іншого типу матерії фермионами. Це особливо актуально для матеріалів, що містять значно взаємодіючі ферміони – для таких матеріалів зростає ймовірність зіткнення фермионов.

У проведеній роботі дослідники хотіли змоделювати сильно взаємодіючі системи. Для цього вони вирішили замінити електрони газом, що містить атоми літію. Зміна електронного стану атомів літію з допомогою магнітного поля дозволяє змусити атоми взаємодіяти один з одним настільки міцно, наскільки це допускають закони природи; в такому стані сильно взаємодіючі між собою атоми можуть просто відштовхувати від себе атоми іншого типу.

Для усунення впливу теплових ефектів дослідники охолодили газ до температури усього лише на 50 мільярдів градусів відрізняється від абсолютного нуля. З допомогою магнітного поля було отримано два газові хмари – одне з позитивним спіновою станом, інше – негативним. Потім ці хмари «зіштовхнули» в оптичній пастці, утвореної за допомогою лазерної техніки. Замість змішування і дифузії, властивих для звичайних газів, хмари відштовхувалися один від одного. З часом, звичайно, дифузія все ж протікала, фаза відштовхування тривала секунду або навіть більше, що є надзвичайно значним часом для процесів, що протікають на мікроскопічному рівні.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *