Екип от физици в Барселона е създал течни капки 100 милиона пъти по-тънки от водата, които се държат заедно, използвайки странни квантови закони.
В документ, публикуван на 14 декември в списанието Science, изследователите разкриха, че тези причудливи капчици са се появили в странния, микроскопичен свят на лазерна решетка - оптична структура, използвана за манипулиране на квантови обекти - в лаборатория в Испанския институт за граждански произведения, или Институт за фотони науки (ICFO). И те бяха истински течности: вещества, които поддържат обема си независимо от външната температура и образуват капчици в малки количества. Това е за разлика от газовете, които се разпространяват, за да напълнят контейнерите си. Но те бяха далеч по-малко плътни от всяка течност, която съществува при нормални обстоятелства и поддържаха течното си състояние чрез процес, известен като квантово колебание.
Изследователите охлаждаха газ от калиеви атоми, охладен до минус 459,67 градуса по Фаренхайт (минус 273,15 градуса по Целзий), близо до абсолютна нула. При тази температура атомите образуват кондензат Бозе-Айнщайн. Това е материално състояние, при което студените атоми се скупчават и започват да се припокриват физически. Тези кондензати са интересни, тъй като техните взаимодействия са доминирани от квантовите закони, а не от класическите взаимодействия, които могат да обяснят поведението на повечето големи части от материята.
Когато изследователите изтласкаха два от тези кондензати заедно, те образуваха капчици, свързващи се заедно, за да запълнят определен обем. Но за разлика от повечето течности, които задържат формата на капчиците си заедно чрез електромагнитните взаимодействия между молекулите, тези капчици държат формата си чрез процес, известен като "квантово колебание".
Квантовото колебание произтича от принципа на несигурността на Хайзенберг, който гласи, че частиците са в основата си вероятностни - те не държат едно енергийно ниво или място в пространството, а по-скоро се размазват в няколко възможни енергийни нива и места. Тези „намазани“ частици действат малко, сякаш прескачат наоколо в техните възможни места и енергии, оказвайки натиск върху съседите си. Добавете всички налягания на всички частици, които се стичат, и ще откриете, че те са склонни да се привличат една друга повече, отколкото се отблъскват една друга. Тази атракция ги свързва заедно с капчици.
Тези нови капчици са уникални по това, че квантовото колебание е доминиращият ефект, който ги държи в течно състояние. Други "квантови течности" като течен хелий демонстрират този ефект, но също така включват много по-мощни сили, които ги свързват много по-плътно заедно.
Капките от калиев кондензат обаче не са доминирани от тези други сили и имат много слабо взаимодействащи частици и следователно се разпространяват в много по-широки пространства - дори и да поддържат формата на капките си. В сравнение с подобни капчици на хелий, пишат авторите, тази течност е с два порядъка по-голяма и с осем порядъка по-разредена. Това е голяма работа за експериментаторите, пишат изследователите; калиевите капки могат да се окажат много по-добри моделни квантови течности за бъдещи експерименти от хелий.
Квантовите капчици обаче имат своите граници. Ако имат прекалено малко атоми, те се сриват, изпарявайки се в околното пространство.
