Команда фізиків у Барселоні створила краплі рідини в 100 мільйонів разів тонші за воду, які тримаються разом, використовуючи дивні квантові закони.
У праці, опублікованій 14 грудня в журналі Science, дослідники виявили, що ці химерні краплі з'явилися в дивному мікроскопічному світі лазерної решітки - оптичної структури, що використовується для маніпулювання квантовими об'єктами - в лабораторії в іспанському Інституті Ciències Fotòniques, або Інститут фотонних наук (ICFO). І це були справжні рідини: речовини, які підтримують свій об'єм незалежно від зовнішньої температури і утворюють крапельки в невеликій кількості. Це на відміну від газів, які поширюються, щоб заповнити їх контейнери. Але вони були набагато менш щільними, ніж будь-яка рідина, яка існує за звичайних обставин, і підтримували свій рідкий стан за допомогою процесу, відомого як квантове коливання.
Дослідники охолоджували газ з атомами калію, охолодженим до мінус 459,67 градусів Фаренгейта (мінус 273,15 градусів Цельсія), близький до абсолютного нуля. При цій температурі атоми утворювали конденсат Бозе-Ейнштейна. Це стан речовини, коли холодні атоми злипаються і починають фізично перекриватися. Ці конденсати цікаві тим, що в їх взаємодії переважають квантові закони, а не класичні взаємодії, які можуть пояснити поведінку більшості великих масивів речовини.
Коли дослідники виштовхували два з цих конденсату разом, вони утворювали крапельки, з’єднуючись разом, щоб заповнити визначений об'єм. Але на відміну від більшості рідин, які утримують форми крапель разом за допомогою електромагнітних взаємодій між молекулами, ці краплі тримали форму через процес, відомий як «квантове коливання».
Квантове коливання випливає з принципу невизначеності Гейзенберга, який стверджує, що частинки в основному є імовірнісними - вони не займають одного рівня енергії чи місця в просторі, а швидше розмазуються через декілька можливих енергетичних рівнів та місць. Ці "змазані" частинки діють трохи так, ніби вони стрибають навколо своїх можливих місць та енергій, чинячи тиск на своїх сусідів. Складіть усі тиски всіх частинок, що пливуть, і ви побачите, що вони, як правило, притягують одна одну більше, ніж відштовхують одна одну. Ця атракція пов'язує їх разом у крапельки.
Ці нові краплі унікальні тим, що квантові коливання є домінуючим ефектом, що утримує їх у рідкому стані. Інші "квантові рідини", такі як рідкий гелій, демонструють цей ефект, але також залучають набагато більш потужні сили, які зв'язують їх набагато міцніше.
Краплі конденсату калію, однак, не переважають інші сили і мають дуже слабо взаємодіючі частинки, і тому вони поширюються на набагато ширші простори - навіть якщо вони мають форму крапель. Порівняно з аналогічними крапельками гелію, пишуть автори, ця рідина на два порядки більша і на вісім порядків більше розведена. Дослідники пишуть, що це велика справа; Краплі калію можуть виявитися набагато кращими моделями квантових рідин для майбутніх експериментів, ніж гелій.
У квантових крапель є свої межі. Якщо в них задіяно занадто мало атомів, вони руйнуються, випаровуючись у навколишній простір.
