خلق حالت ابَرجامد ماده در 2 بُعد!

به گزارش از آی‌ای ، شاید همه ما با سه حالت ماده یعنی جامد، مایع و گاز، علاوه بر حالت چهارم غیرمعمول به نام پلاسما آشنا هستیم. اما تحقیقات کنونی با یک حالت عجیب و غریب جدید به نام "فوق جامد"(supersolid) یا "اَبَرجامد" که چند سال پیش تأیید شد، به نتایج جالبی رسیده است.

طبق یک مطالعه جدید که در مجله Nature منتشر شده است، دانشمندان این حالت "ابرجامد" را برای اولین بار در شکل دو بُعدی جدید ایجاد کرده‌اند و این طیف کاملاً جدیدی از عجایب کوانتومی را به روی ما باز می‌کند.

باید توجه داشت که ابر جامدات یک نسخه ارتقا یافته از جامدات نیستند، بلکه اساساً آنها جامداتی هستند که اتم‌های آنها مانند یک جامد معمولی در یک ساختار سخت بلوری قرار گرفته است. اما نکته اینجاست که به طور عجیبی، ابر جامدات نیز می‌توانند با ویسکوزیته صفر مانند یک سیال فوق روان که داشتن دو ویژگی متناقض را در خود احساس می‌کند، جریان پیدا کنند.

دانشمندان وجود این حالت از ماده از دهه 1960 را حدس زده بودند و در سال 2017 بالاخره این ماده به صورت تجربی تأیید شد.

در این مطالعه جدید، مجموعه‌ای از تیم‌های تحقیقاتی منابع خود را برای ایجاد ابر جامدات با کمک حالت دیگر و متفاوتی از ماده که به عنوان "چگالش بوز-اینشتین"(BEC) معروف است، جمع آوری کردند. "چگالش بوز-اینشتین" از یک ابر گازی با چگالی کمی از اتم‌های خنک شده تا دمای نزدیک به صفر مطلق تشکیل شده است که وقتی آنها تا این حد سرد می‌شوند، ویژگی‌های کوانتومی گیج کننده‌ای را نشان می‌دهند که معمولاً در مقیاس‌های بزرگ دیده نمی‌شود.

در این موارد بسیار سرد، هر اتم در BEC در شرایطی به نام "نامتمرکز سازی"(delocalization) به طور همزمان در هر نقطه درون ابر وجود دارد. در آزمایش‌های قبلی، دانشمندان ابرجامداتی ایجاد کردند که تنها در یک بُعد وجود داشتند، این بدان معنا بود که آنها فقط می‌توانند در یک جهت حد وسط جریان داشته باشند. اما تیم تحقیقاتی دانشگاه "اینسبراک"(Innsbruck) حالت جدید ماده را با یک بُعد جدید ارائه کرده است.

این BEC چند بُعدی از اتم‌های دیسپروزیم ایجاد شده است که برهم کنش مغناطیسی بین اتم‌ها منجر به آرایش خودکار به شکل قطرات می‌شود.

"متیو نورسیا" نویسنده این مطالعه می‌گوید: به طور معمول شما فکر می‌کنید که هر اتم در یک قطره خاص یافت می‌شود و هیچ راهی برای قرار گرفتن بین آنها وجود ندارد.

وی می‌افزاید: با این حال، در حالت "فوق جامد"، هر ذره در تمام قطرات موجود به طور همزمان در هر قطره نامتمرکز شده است. بنابراین اساساً شما سیستمی با مجموعه‌ای از مناطق با چگالی بالا(قطرات) دارید که همه آنها از اتم‌های نامتمرکز یکسانی برخوردارند.

این تیم تحقیقاتی همچنین افزود که این پیشرفت می‌تواند فیزیکدانان را قادر سازد طیف کاملاً جدیدی از عجایب کوانتومی را بررسی کنند که انتظار نمی‌رود در رفتار ابر جامد یک بعدی مشاهده کنیم. به عنوان مثال در یک سیستم فوق جامد دو بعدی می‌توان نحوه تشکیل گرداب‌ها را مطالعه کرد.

نورسیا افزود: کشف اولیه ابر جامدات توسط محققان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) با ترکیب ویژگی‌های ماده جامد با ابرسیالات انجام شد و تنها چهار سال از ایجاد این حالت جدید از ماده، ما به ارتقای آن به دو بُعد رسیده‌ایم و این بیانگر پتانسیل کشف‌های علمی در حوزه کوانتوم است.

منبع: ایسنا

66