Наметился прогресс в исследовании супержидкостей

В 1937 году ученые обнаружили, что когда жидкий гелий-4 охлаждается до экстремально низкой температуры, он становится супержидкостью с уникальными свойствами.

Такая жидкость может просочиться через стекло, вылиться за пределы емкости или вечно фонтанировать.

Будущий Нобелевский лауреат Лев Ландау в 1941 году предсказал, что супержидкий гелий-4 должен содержать экзотическое частицеподобное возбуждение под названием ротон. Однако исследователи, включая Ландау, Нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана и лауреата премии Вольфа Филиппа Нозьера, не пришли к единому мнению, какая у ротона структура.

«Даже сегодня, спустя семь десятилетий, этот вопрос открыт», сообщил профессор Чен Чин из университета Чикаго. Он с коллегами описал создание структуры ротона в новой системе — атомной супержидкости цезия-133 в лаборатории.

Результаты опубликованы в издании Physical Review Letters.

Исследователи, специализирующиеся на супержидкостях, знают, как это сложно — изучать ротоны. Группа Чина впервые ввела систему, которая существенно упрощает раскрытие давних тайн ротона.

Ученые из университета Чикаго создали искусственные ротоны с помощью технологии встряхивания решетки. Эта техника помогла физикам создать супержидкость в однофутовой цилиндрической камере, охлажденной примерно до 15 нанокельвинов (чуть выше абсолютного нуля, порядка -459,6 градусов по Фаренгейту).

В ходе эксперимента 30000 атомов цезия уловили в перекрестных инфракрасных лазерных лучах. Оптическая решетка удерживала атомы, словно яйца в корзине, и мягко их встряхивала.

Супержидкость: успеть за 10 секунд

«Чтобы достичь нужной температуры для приготовления супержидкости, нам требуется примерно 10 секунд», сообщил Чин. „Идея, согласно которой ротоны появляются в результате встряхивания решетки, является совершенно новой“.

Супержидкость сохраняется несколько секунд, в течение которых физики создают структуру ротона и визуализируют ее, чтобы понять, как эта структура влияет на свойства супержидкости.

Конкурирующие команды из университета науки и технологии Шанхая (Китай) и университета штата Вашингтон (США) также преуспели в создании структуры ротона, и добились этого с помощью различных техник спустя всего несколько недель после того, как Чикагская группа анонсировала результат. Обе команды использовали лазерные лучи для возбуждения атомов должным образом.

«С новой технологией мы приблизились к решению проблемы, связанной с созданием ротонов», заявил аспирант Ли Чан Ха, который сыграл ключевую роль в разработке встряхиваемой решетки и техник визуализации для сбора данных по ротонам.