Cercetătorii au descoperit o nouă stare a materiei

Cercetătorii confirmă existența supersolidității.

Articol editat de Bianca Câmpeanu, 11 noiembrie 2024, 18:00

O echipă de cercetători a reușit pentru prima dată să observe o caracteristică fundamentală într-un supersolid, oferind dovada directă a existenței acestei stări extreme a materiei care combină rigiditatea și fluiditatea.

În viața noastră de zi cu zi, materia poate exista în patru stări clasice: solid, lichid, gaz și plasmă. Dar oamenii de știință sunt interesați de mult timp de așa-numitele stări „exotice” ale materiei. Acestea se formează la temperaturi apropiate de zero absolut (-273,15 grade Celsius), la niveluri energetice foarte ridicate sau la niveluri de gravitație și densitate extremă ca în găurile negre.

În aceste condiţii, materia prezintă proprietăţi fizice sau comportamente foarte diferite de cele observate în stările clasice.

Astfel, fluidele normale (lichide și gaze) au o rezistență mai mare sau mai mică la curgere, numită vâscozitate – de exemplu, uleiul este mai vâscos decât apa.

Cercetătorii confirmă existența supersolidității

Superfluidele nu au vâscozitate: curg fără pierderi de energie, ceea ce le permite să circule la infinit într-un recipient fără a încetini.

Cu mai bine de 50 de ani în urmă, fizicienii au prezis existența unei stări supersolide. În ea, materia prezintă atât proprietățile unui solid clasic, cu structură cristalină, cât și ale unui superfluid, în care o fracțiune a atomilor curge fără vâscozitate prin rețeaua solidă.

Structura cristalină a acestor supersolide fusese deja fotografiată, dar până acum superfluiditatea lor fusese dedusă doar din diferite observații.

Vârtejul din cana de cafea

„Lucrării noastre îi lipsea o observare directă a uneia dintre proprietățile caracteristice și fundamentale ale superfluidității: curgerea fără rotație”, subliniază Francesca Ferlaino, care a condus cercetarea publicată miercuri în „Nature”.

„Imaginați-vă că aveți o ceașcă de cafea și că în ea învârtiți puțin o linguriţă. Veți vedea cafeaua rotindu-se în jurul centrului, un exemplu clasic de vârtej într-un fluid obișnuit”, a spus fiziciana de la Universitatea din Innsbruck (Austria).

Dacă înlocuim cafeaua cu un superfluid, aceasta nu se învârte cu linguriţa, rămâne perfect nemişcată de parcă nimic n-ar fi deranjat-o.

O performanță deosebit de dificil de realizat

„Cu toate acestea, dacă învârţi linguriţa mai repede, în loc să formeze un vârtej mare în centru, încep să apară o serie de vârtejuri mai mici (numite vârtejuri cuantificate). Acestea sunt ca niște găuri mici în fluid, fiecare rotindu-se cu o viteză specifică, care sunt organizate în modele regulate frumoase pe suprafața superfluidului, aproape ca găurile dintr-o bucată de brânză elvețiană”, continuă doamna Ferlaino.

Echipa sa a reușit să creeze și să observe aceste vortexuri cuantificate în laborator. O performanță deosebit de dificil de realizat.

Supersolid cu viață lungă

În 2021, echipa de la Innsbruck reuşea deja să creeze un supersolid cu viață lungă, prin răcirea anumitor atomi și molecule la temperaturi foarte scăzute. Apoi, a trebuit să găsească o modalitate de a agita acest supersolid fără a-i distruge starea fragilă. Cercetătorii au folosit câmpuri magnetice pentru a-l roti cu atenție, fapt care a dus la formarea de vortexuri cuantificate.

Această lucrare oferă „dovada puternică și directă a naturii duale a unei stări supersolide”, subliniază doamna Ferlaino. De asemenea, va face posibilă observarea în laborator a fenomenelor fizice care apar în natură doar în condiții extreme. Ca și cum am recrea ceea ce se întâmplă în inima stelelor neutronice, aceste stele extrem de dense și compacte născute din prăbușirea stelelor masive.

„Se presupune că variațiile de viteză de rotație ale stelelor neutronice – numite glitches – sunt cauzate de superfluide prinse în interior, platforma noastră oferă posibilitatea de a simula astfel de fenomene aici pe Pământ”, a explicat cercetătorul Thomas Bland, care a participat la studiu, într-un comunicat de presă. (www.afp.com)

RADOR RADIO ROMÂNIA

Foto: Steve Johnson/Pexels

Radio Cluj poate fi ascultat şi online, AICI sau pe telefon: 031 504 0456, apel cu tarif normal.
Ne găsești și pe facebook, twitter și instagram.