Keeristega augustatud fermioonide pöörlev üliõhuvedelik. Kujutise krediit: MIT. Pilt suuremalt.
MIT-i teadlased on lõpetanud füüsikute seas kulgeva võidujooksu ülilaheda lõppu: Neist on saanud esimesed, kes on loonud uut tüüpi ainet, aatomite gaasi, mis näitab kõrgel temperatuuril ülivoolust.
Nende töö, millest tuleb juttu ajakirja Nature 23. juuni numbris, on tihedalt seotud metallide elektronide ülijuhtivusega. Supervedelike vaatlused võivad aidata lahendada püsivaid küsimusi kõrge temperatuuriga ülijuhtivuse kohta, millel on laialdased rakendused magnetide, andurite ja energiatõhusa elektrienergia transpordi jaoks, ütles MIT-i rühma juhtiv Nobeli preemia laureaat Wolfgang Ketterle, kes on John D. MacArthur. Füüsikaprofessor.
Ülivedeliku gaasi nii selge nägemine on nii dramaatiline samm, et MIT-Harvardi ülikergsete aatomite keskuse direktor Dan Kleppner ütles: “See ei ole ülivõrkuse suitsetamise relv. See on kahur. ”
Juba mitu aastat on uurimisrühmad üle kogu maailma uurinud niinimetatud fermioonsete aatomite külmasid gaase, mille lõppeesmärk on leida uued üliodevuse vormid. Ülivedelik võib voolata ilma takistuseta. Seda saab tavalisest gaasist selgelt eristada, kui seda pöörata. Tavaline gaas pöörleb nagu tavaline objekt, kuid supervedelik saab pöörduda ainult siis, kui see moodustab minitornaadidega sarnaseid pööriseid. See annab pöörleva supervedeliku välimuse Šveitsi juustule, kus augud on mini-tornaadode südamikud. “Kui nägime, et arvutiekraanil ilmusid esimesed keerised, oli see lihtsalt hingemattev,” ütles kraadiõppur Martin Zwierlein meenutades 13. aprilli õhtut, kui meeskond esimest korda ülimagusat gaasi nägi. Meeskond oli juba peaaegu aasta teinud tööd magnetväljade ja laserkiirte ümardamiseks, et gaasi saaks pöörlema panna. "See oli nagu ratta muhkude lihvimine, et muuta see ideaalselt ümmarguseks," selgitas Zwierlein.
„Nii supervedelikes kui ka ülijuhtides liiguvad osakesed lockstep'is. Need moodustavad ühe suure kvantmehaanilise laine, ”selgitas Ketterle. Selline liikumine võimaldab ülijuhtidel kanda elektrivoolu takistuseta.
MIT-i meeskond suutis neid üliõhukesi pööriseid vaadata väga külmadel temperatuuridel, kui fermioonne gaas jahutati umbes 50 miljardi kraadini Kelvini kraadist, absoluutse nulli lähedale (-273 kraadi C või -459 kraadi F). "Kõrgendatud temperatuuril 50 nanokelvini temperatuuril 50 nanokelvini puhul võib tunduda kummaline, kuid oluline on temperatuur, mille normaliseerib osakeste tihedus," ütles Ketterle. "Oleme nüüd saavutanud siiani kõrgeima temperatuuri." Suurendatud metalli elektronide tiheduseni, oleks aatomgaaside supervedeliku üleminekutemperatuur toatemperatuurist kõrgem.
Ketterle'i meeskonnaliikmeteks olid MITi kraadiõppurid Zwierlein, Andre Schirotzek ja Christian Schunck, kes kõik on ultrarakkude aatomite keskuse liikmed, samuti endine kraadiõppur Jamil Abo-Shaeer.
Töörühm täheldas liitium-6 isotoobi fermioonset ülivoolavust, mis sisaldas kolme prootonit, kolme neutronit ja kolme elektronit. Kuna koostisosade koguarv on paaritu, on liitium-6 fermioon. Laseri- ja aurustumisjahutustehnika abil jahutasid nad gaasi absoluutse nulli lähedale. Seejärel lõid nad gaasi infrapunalaserkiire fookusesse; infrapuna valguse elektri- ja magnetväljad hoidsid aatomeid paigas. Viimane samm oli rohelise laserkiire keerutamine gaasi ümber selle pöörlemiseks. Pilve varjupilt näitas selle ülivoolu käitumist: pilve läbistas tavaline keeriste rida, igaüks umbes sama suur.
Teos põhineb MIT-grupi varasemal loomingul Bose-Einsteini kondensaatidel - see on mateeria vorm, milles osakesed kondenseeruvad ja toimivad ühe suure lainena. Albert Einstein ennustas seda nähtust aastal 1925. Teadlased mõistsid hiljem, et Bose-Einsteini kondenseerumine ja ülivoolavus on omavahel tihedalt seotud.
Molekulidena lõdvalt omavahel seotud fermioonipaaride Bose-Einsteini kondenseerumist vaatasid 2003. aasta novembris Boulderi Colorado ülikooli, Austrias Innsbrucki ülikooli ja MIT-i sõltumatud meeskonnad. Bose-Einsteini kondenseerumise vaatlemine ei ole aga sama, mis superfluidsuse jälgimine. Need rühmad viisid täiendavaid uuringuid läbi Pariisi Ecole Normale Superieure'is, Duke'i ülikoolis ja Rice'i ülikoolis, kuid tõendid ülipuuduse kohta olid mitmetähenduslikud või kaudsed.
MIT-is loodud ülikõrge vedel Fermi gaas võib olla ka hõlpsasti kontrollitav mudelisüsteem, mis võimaldab uurida fermioonsete ainete palju tihedamaid vorme, nagu tahked ülijuhid, neutronitähed või varases universumis eksisteerinud kvark-glüooni plasma omadused.
MIT-i uuringuid toetasid Riiklik Teadusfond, Mereuuringute Amet, NASA ja armeeuuringute amet.
Algne allikas: MIT-i pressiteade
