Состояние сверхтвердости впервые получено в экспериментальных условиях
Твердое тело, жидкость и газ — это три четко определенных состояния материи. Трудно представить, как какие-либо материалы могут одновременно демонстрировать свойства двух таких состояний. Но в квантовой физике вещество может демонстрировать характеристики, которые кажутся взаимно невозможными.
Сверхтвердость — это один пример такого парадоксального состояния. В сверхтвердости атомы организованы в кристаллическую решетку, и одновременно они ведут себя, как сверхжидкость, когда частицы движутся без какого-либо трения. До сих пор сверхтвердость была лишь теоретической вероятностью. Но в последнем номере журнала Nature группа исследователей под руководством Тилмана Эсслингера, профессора квантовой оптики из Института квантовой электроники, и Тобиаса Доннера, старшего научного сотрудника того же института, сообщила о том, что успешно воспроизвела в реальности состояние супертвердости.
Исследователи ввели небольшое количество газа рубидия в вакуумную камеру и охладили его до температуры, при которой атомы конденсируются в состояние известное как конденсат Бозе — Эйнштейна, то есть до квантового состояния сверхжидкости.
Исследователи поместили конденсат в устройство с двумя пересекающимися камерами оптического резонанса, каждая из который состоит из двух находящихся друг против друга зеркал. После чего конденсат осветили лазерным светом, который рассеивается в двух камерах. Комбинация двух световых полей в резонансных камерах заставляет атомы конденсата принимать кристаллообразную структуру, при этом конденсат сохраняет свои свойства сверхжидкости, что при нормальном твердом состоянии невозможно. Таким образом, в лаборатории были впервые воспроизведено состояние сверхтвердости.