Vědci opět dosáhli toho, co bylo považováno za nemožné, a vytvořili stav hmoty, který je zároveň pevný i kapalný. Tento mimořádný objev se nazývá a popisuje jako supratekutá pevná látka. Nabízí nové pohledy na koexistenci vlastností pevné a tekuté látky a má jedinečnou vírovou dynamiku. Tento objev má důsledky pro astrofyzikální jevy a otevírá dveře ke studiu neobvyklé kvantové hmoty.
Může se zdát obtížné, aby se hmota chovala současně jako pevná látka a supratekutá látka. Vytvoření stavu hmoty, který ztělesňuje jak pevné, tak kapalné skupenství, vyžaduje mnoho dovedností, inovací a přehodnocení fungování tradiční fyziky. Vědci toho dosáhli prací s kvantovými plyny a použitím extrémně nízkých teplot, aby se atomy seřadily do určitého uspořádání.
K zahájení procesu se používá technika známá jako „příprava kvantového plynu“, která spočívá v ochlazení částic na téměř absolutní nulu. Atomy se při vysokých teplotách stávají agregovanými kvantovými stavy a ztrácejí svou individualitu. To umožňuje vytvořit látku, která teče jako kapalina, ale má strukturu podobnou pevné látce. Úroveň přesnosti potřebná k zachování tohoto dualismu je pozoruhodná.
Aby bylo zajištěno, že systém zůstane v tomto hybridním stavu, použili vědci špičkovou laserovou technologii k vyrovnání a zachycení částic. Tento objev představuje významný pokrok v našich znalostech kvantových materiálů. Krystalickou strukturu, která supertekutým látkám propůjčuje jejich „pevné“ vlastnosti, vědci přímo pozorovali, ale jejich supratekuté vlastnosti se ukázaly být obtížněji pozorovatelné.
Pevná látka, která teče jako voda
Je zajímavé, že skupenství supratekuté pevné látky má řadu vlastností, které jsou v rozporu se zdravým rozumem. Látka může proudit bez tření, což je vlastnost obvykle spojovaná s kapalinami, ale zároveň si za určitých okolností zachovává pevný tvar, podobně jako pevná látka. Tato dualita byla pozorována v laboratoři a není pouze teoretickým zázrakem.
Materiál vykazoval pohyblivost podobnou tekutině v mřížkové struktuře a zároveň si zachovával svou mřížkovou strukturu. Tyto vlastnosti mají potenciál zásadně změnit naše znalosti o tom, jak hmota reaguje na drsné prostředí. Další pozoruhodnou vlastností je jeho supratekutost, což je stav, ve kterém viskozita zcela mizí. Díky tomu může materiál procházet malými otvory nebo překážkami, aniž by ztrácel energii.
Důsledky a dopady pro vědu a techniku
Tento zdánlivě nemožný stav vzniku hmoty má významné důsledky pro mnoho různých oblastí. Nabízí nové prostředí pro výzkum interakcí částic v neobvyklých stavech a kvantové mechaniky ve fyzice. To by mohlo zlepšit naši schopnost pracovat s materiály na atomární úrovni a vést k pokroku v základní vědě.
V této nové práci vědci vytvořili a pozorovali víry v dipolárních supersolidech, což je velmi obtížný úkol, a to kombinací teoretických modelů s nejmodernějšími experimenty. První dlouhodobý dvourozměrný supersolid v ultrachladném plynu atomů erbia vytvořil innsbrucký tým v roce 2021, což bylo samo o sobě náročným výkonem (University of Innsbruck, 2024).
Supertekuté pevné látky mají potenciál technologicky proměnit energetické systémy. Jejich plynulé proudění může vést k efektivnějším energetickým sítím, sofistikovaným elektronickým chladicím systémům a inovativním technikám pohonu kosmických lodí. Díky pokroku ve vědě o materiálech může tento objev otevřít cestu k vytvoření materiálů, které jsou neuvěřitelně odolné, pružné a přizpůsobivé.
Přestože jsou tato využití zatím jen hypotetická, existuje nespočet potenciálních aplikací, což z této oblasti činí fascinující oblast pro studium a pokrok. Skupina profesora Lana zaznamenala ve vzniklém kvantovém plynu jev známý jako Bosenova exploze, která připomínala výbuch supernovy. To má významné důsledky pro výzkum fyziky mnoha těles a kvantové simulace.