Vortislerle delinmiş, dönen bir sıvı akışkan fermiyon gazı. İmaj kredisi: MIT. Büyütmek için tıklayın.
MIT bilim adamları fizikçiler arasında ısıtılmış bir yarışa aşırı soğuk bir son getirdi: Yeni bir madde türü, yüksek sıcaklıkta aşırı akışkanlık gösteren bir atom gazı yaratan ilk kişiler oldular.
Nature'ın 23 Haziran sayısında bildirilecek çalışmaları, metallerdeki elektronların süperiletkenliği ile yakından ilgilidir. MIT grubuna başkanlık eden ve John D. MacArthur olan Nobel ödülü sahibi Wolfgang Ketterle, süper sıvıların gözlemlenmesi, mıknatıslar, sensörler ve enerji tasarruflu elektrik iletimi için yaygın uygulamaları olan yüksek sıcaklık süper iletkenliği hakkında devam eden soruların çözülmesine yardımcı olabilir. Profesör.
Aşırı akışkan gazı bu kadar açık bir şekilde görmek o kadar dramatik bir adım ki MIT-Harvard Ultracold Atom Merkezi'nin direktörü Dan Kleppner, “Bu aşırı akış için bir sigara tabancası değil. Bu bir top. ”
Birkaç yıldır, dünyadaki araştırma grupları, nihai olarak yeni aşırı akışkan formları bulmak için fermiyonik atomlar olarak adlandırılan soğuk gazları inceliyorlar. Aşırı akışkan bir gaz direnç olmadan akabilir. Döndüğünde normal bir gazdan açıkça ayırt edilebilir. Normal bir gaz sıradan bir nesne gibi döner, ancak bir aşırı akışkan sadece mini kasırgalara benzer girdaplar oluşturduğunda dönebilir. Bu, deliklerin mini kasırgaların çekirdeği olduğu İsviçre peynirinin dönen bir akışkan görünümünü verir. Yüksek lisans öğrencisi Martin Zwierlein, ekibin aşırı akışkan gazı ilk gördüğü 13 Nisan akşamını hatırlatarak, "Girdapların ilk resmini bilgisayar ekranında göründüğümüzde, sadece nefes kesici" dedi. Neredeyse bir yıldır ekip, manyetik alanların ve lazer ışınlarının çok yuvarlak hale getirilmesi için çalışıyordu, böylece gaz rotasyona sokulabildi. Zwierlein, “Mükemmel bir şekilde yuvarlak hale getirmek için bir tekerleğin çarpmalarını zımparalamak gibiydi,” dedi.
“Süper akışkanlarda ve süperiletkenlerde parçacıklar kilit adımında hareket eder. Büyük bir kuantum-mekanik dalga oluştururlar, ”diye açıkladı Ketterle. Böyle bir hareket, süperiletkenlerin direnç olmadan elektrik akımlarını taşımasına izin verir.
MIT ekibi, fermiyonik gaz, mutlak sıfıra (-273 derece C veya -459 derece F) çok yakın, Kelvin derecesinin yaklaşık 50 milyarda birine kadar soğutulduğunda, aşırı soğuk sıcaklıklarda bu soğuk sıvıları görüntüleyebildi. Ketterle, “50 nanokelvin yüksek sıcaklık süper akışkanlığında aşırı akışkanlık çağırmak garip gelebilir, ancak önemli olan sıcaklık parçacıkların yoğunluğu ile normalize edilen sıcaklıktır” dedi. “Şimdiye kadar gelmiş geçmiş en yüksek sıcaklığa ulaştık.” Bir metal içindeki elektron yoğunluğuna kadar ölçeklendirilen atom gazlarındaki aşırı akışkan geçiş sıcaklığı, oda sıcaklığından daha yüksek olacaktır.
Ketterle’nin ekip üyeleri MIT lisansüstü öğrencileri Zwierlein, Andre Schirotzek ve hepsi Ultracold Atomlar Merkezi üyesi Christian Schunck ve eski yüksek lisans öğrencisi Jamil Abo-Shaeer'dı.
Ekip, üç proton, üç nötron ve üç elektron içeren lityum-6 izotopunda fermiyonik süper akışkanlık gözlemledi. Toplam bileşen sayısı garip olduğu için, lityum-6 bir fermyondur. Lazer ve evaporatif soğutma tekniklerini kullanarak, gazı mutlak sıfıra yakın şekilde soğutdular. Daha sonra kızılötesi lazer ışınının odak noktasında gazı hapsettiler; kızılötesi ışığın elektriksel ve manyetik alanları atomları yerinde tuttu. Son adım, yeşil bir lazer ışını gazın etrafında döndürmek için döndürmekti. Bulutun gölge resmi, aşırı akışkan davranışını gösterdi: Bulut, her biri yaklaşık aynı boyutta olan düzenli bir girdap ile delindi.
Çalışma, MIT grubunun, parçacıkların yoğunlaştığı ve büyük bir dalga olarak hareket ettiği bir madde türü olan Bose-Einstein yoğuşmalarının daha önce yaratılmasına dayanmaktadır. Albert Einstein bu fenomeni 1925'te öngördü. Bilim adamları daha sonra Bose-Einstein'ın yoğunlaşması ve aşırı akışkanlığının yakından ilişkili olduğunu fark ettiler.
Kasım 2003'te Boulder'daki Colorado Üniversitesi, Avusturya'daki Innsbruck Üniversitesi ve MIT'teki bağımsız ekipler tarafından moleküller olarak gevşek bir şekilde bağlanan fermiyon çiftlerinin Bose-Einstein'ın yoğunlaşması gözlemlendi. Bununla birlikte, Bose-Einstein yoğuşmasını gözlemlemek, aşırı akışkanlığı gözlemlemekle aynı şey değildir. Bu gruplar ve Paris, Duke Üniversitesi ve Rice Üniversitesi'ndeki Ecole Normale Superieure'da daha fazla çalışma yapıldı, ancak aşırı akışkanlığa ilişkin kanıtlar belirsiz veya dolaylıydı.
MIT'de oluşturulan süper akışkan Fermi gazı, katı süperiletkenler, nötron yıldızları veya erken evrende var olan kuarkon plazması gibi daha yoğun fermiyonik madde formlarının özelliklerini incelemek için kolayca kontrol edilebilen bir model sistemi olarak da kullanılabilir.
MIT araştırması Ulusal Bilim Vakfı, Deniz Araştırmaları Ofisi, NASA ve Ordu Araştırma Ofisi tarafından desteklenmiştir.
Orijinal Kaynak: MIT Haber Bülteni
