En ultrafortyndet kvantevæske lavet af ultrakolde atomer

ICFO-forskere skabte en ny type væske, der er 100 millioner gange mere fortyndet end vand og 1 million gange tyndere end luft. Eksperimenterne, udgivet i Videnskab , udnytte en fascinerende kvanteeffekt til at producere dråber af denne eksotiske fase af stof.

Væsker og gasser er to forskellige faser af stof. Mens gasser fortyndes, komprimerbare og tage størrelsen på deres beholder, væsker er tætte, have en fast volumen og, i små mængder, danne dråber. Disse er ensembler af partikler, der forbliver bundet af sig selv, og har en fri overflade, der adskiller dem fra miljøet. Ved at øge temperaturen, det er muligt at inducere en faseovergang mellem væske og gas. Dette er, hvad der sker, når man koger vand i en gryde.

Men er gasser altid fortyndede og væsker altid tætte? Selvom svaret på dette spørgsmål under normale forhold er ja, ting kan blive meget anderledes ved ultralave temperaturer. I en nylig undersøgelse offentliggjort i Videnskab , ICFO-forskere skabte en væske 100 millioner gange mere fortyndet end vand og 1 million gange tyndere end luft.

Holdet kølede en gas af kaliumatomer ned til -273,15 grader Celsius, meget tæt på det absolutte nul. Selvom ved disse temperaturer, atomerne opfører sig som bølger og følger kvantemekanikkens regler, de bevarer stadig en iboende egenskab ved en gas:De udvider sig i fravær af indeslutning. I modsætning, når to sådanne gasser blandes sammen og tiltrækker hinanden, atomerne danner i stedet væskedråber. Cesar Cabrera, første forfatter til undersøgelsen, siger, "I mange henseender, vores kaliumdråber minder meget om vanddråber:De har deres egen størrelse og form, uanset hvor vi placerer dem, men de er meget koldere og deres egenskaber er kvante."

Ja, eksistensen af ​​disse væskedråber skyldes udelukkende kvanteudsving, en fascinerende iboende kvanteeffekt. Desuden, på grund af kvantemekanikken, atomerne, der danner en dråbe, kan ikke forblive helt i ro inde i den. Dette er forbudt af Heisenbergs usikkerhedsprincip. De forbliver således i evig bevægelse, fører til et kvantetryk, der gør meget små dråber ustabile og fordamper dem til en ekspanderende gas. Prof. Leticia Tarruell siger, "Disse dråber er fascinerende makroskopiske objekter:selvom de består af tusindvis af partikler, deres adfærd er stadig fuldt ud bestemt af kvanteudsving og korrelationer. Ved at observere faseovergangen mellem væske og gas, vi måler meget præcist disse overraskende kvanteeffekter."

Den unikke kombination af fortynding og "kvantehed" gør kvantevæskedråber til et ideelt testbed til bedre at forstå kvantesystemer lavet af mange interagerende partikler, og forstå funktioner, de deler med flydende helium, neutronstjerner eller andre komplekse materialer.