Исследователи подтвердили формирование сверхтекучести в сверхтвердом теле.
Физики воссоздали условия, сходные с теми, которые, как считаются, формируются внутри нейтронных звезд, благодаря прорыву в области исследования сверхтвердых тел. Вращая хрупкие структуры с помощью магнитных полей, ученые зафиксировали в этом экзотическом состоянии материи наличие квантованных вихрей — явного признака сверхтекучести.
Сверхтвердые тела — форма квантовой материи, которая является одновременно твердым и жидким веществом на квантовом уровне. Хотя это кажется невозможным, более 50 лет назад физики предсказали, что квантовая механика допускает такое состояние. Более того, физикам удалось создать сверхтвердые материалы в лабораторных условиях, используя ультрахолодные дипольные газы. Но до сих пор главной проблемой было получение прямых доказательств сверхтекучих свойств сверхтвердых тел.
В новом исследовании ученые объединили теоретические модели с передовыми экспериментами для наблюдения вихрей в дипольных сверхтвердых телах. Используя высокоточные методы манипулирования материей, физики использовали магнитные поля для осторожного вращения супертвердого тела.
Поскольку жидкости не зафиксированы кристаллической решеткой, это перемешивание вызвало образование квантованных вихрей, которые являются гидродинамическим свидетельством сверхтекучести. Эксперимент продолжался почти год и выявил существенные различия между динамикой вихрей в сверхтвердых телах и немодулированных квантовых жидкостях. На основе наблюдений ученые предложили объяснения того, как характеристики сверхтекучести и твердого тела сосуществуют и взаимодействуют в этих экзотических квантовых состояниях.
Помимо фундаментальной значимости, результаты исследования могут иметь и практическое применение. Сверхтекучесть в сверхтвердых телах может найти использование в квантовых вычислениях и высокоточных датчиках. Кроме того, эксперименты в лаборатории позволяют моделировать физические явления, которые в природе происходят лишь в экстремальных условиях, например, внутри нейтронных звезд.
Например, предполагается, что изменение скорости вращения, наблюдаемое в нейтронных звездах — так называемые сбои — вызвано сверхтекучими вихрями внутри таких звезд. Наша платформа дает возможность моделировать такие явления прямо здесь, на Земле».
Томас Бланд, руководитель исследования
