Superfluid pe baza de heliu rămâne „ciudat” în picături mici

Heliul lichid, atunci când este răcit până aproape de zero absolut, capătă proprietăţi neobişnuite pe care oamenii de ştiinţă s-au străduit să le înţeleagă: se poate târî pe pereţi şi curge liber prin locaşuri extrem de mici, vâscozitatea practic fiind inexistentă.

Apare o nouă stare a materiei – un „superfluid”.

Cercetătorii au folosit razele X ale unui laser pentru a observa interiorul picăturilor de heliu lichid şi a vedea dacă heliul lichid îşi menţine proprietăţile de superfluid chiar şi la scări microscopice – cum ar fi cele din ceaţa de heliu.

“Una din formele de manifestare ale superfluidului este prin intermediul formării de vortexuri cuantice, dar acestea nu au fost observate experimental în picături”, a declarat Andrey Vilesov, profesor de chimie şi fizică de la Universitatea Southern California şi autor co-corespondent al studiului, care a fost publicat în Science.

Echipa a studiat faptul că vortexurile cuantice, sau vârtejurile, formează nanopicături de heliu ce se rotesc în cantităţi fără precedent, conducând la o deformare extremă a picăturilor în discuri plate ce seamănă cu o clătită groasă.

În plus grupul a identificat de asemenea un număr deosebit de mare de vortexuri în picături, indicând faptul că se comportă diferit faţă de alte superfluide.

O privire în interiorul mecanicii cuantice

“Acum putem studia această formă de materie dintr-o altă perspectivă ce ne permite să vedem manifestarea mecanicii cuantice a unui superfluid izolat”, a spus autorul co-corespondent Oliver Gessner al Laboratorului Naţional Lawrence Berkeley.

Dacă o picătură de lichid normal se roteşte, forţa centrifugă va împinge lichidul spre exterior, ducând la deformarea ecuatorială şi polară – la fel cum mişcarea de rotaţie a Pământului îl face pe acesta să devieze de la forma de sferă perfectă.

Dacă o planetă se roteşte suficient de repede, se distorsionează căpătând forma unei alune înainte de a se dezintegra, fiind incapabilă de a-şi mai susţine forma datorită propriei mişcări.

Heliul superfluid ce se roteşte îşi distorsionează forma într-un mod similar, dar de asemenea formează un fagure de numeroase vortexuri cuantice, fiind în contrast cu singurul vortex ce se formează într-un lichid normal. Lipsa vâscozităţii a superfluidului permite acestor vortexuri să existe pe termen nedefinit.

Într-o picătură de superfluid, rotaţia este distribuită într-un mod egal în vortexuri, ceea ce permite ca picăturile să suporte rotaţii foarte mari fără a forma loburi sau să se dezintegreze.

10000 de picături

Unii speculează că studiind superfluidele am putea înţelege originea Universului; în momentele ce s-au desfăşurat post Big Bang, Universul avea o densitate uniformă şi se comporta ca un superfluid. Crearea maximelor de densitate, sub formă de vortexuri cuantice, poate că a condus la formarea primelor galaxii.

“Un întreg cosmos se ascunde într-o singură picătură de heliu, şi ne uităm la 10000 de picături,” a spus Curtis Jones, un student ce a promovat USC.

Vilesov şi colegii lui de asemenea plănuiesc să studieze în ce mod prezenţa vortexurilor cuantice pot afecta reacţiile chimice şi formarea de grupuri de particule din interiorul nanopicăturilor de heliu.

Sursa: USC