Μια ομάδα φυσικών στη Βαρκελώνη έχει δημιουργήσει σταγονίδια υγρών 100 εκατομμύρια φορές πιο λεπτές από το νερό που συγκρατούνται μαζί με περίεργους κβαντικούς νόμους.
Σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε στις 14 Δεκεμβρίου στο επιστημονικό περιοδικό Science, οι ερευνητές αποκάλυψαν ότι αυτά τα περίεργα σταγονίδια εμφανίστηκαν στον περίεργο, μικροσκοπικό κόσμο ενός πλέγματος λέιζερ - μια οπτική δομή που χρησιμοποιείται για τον χειρισμό κβαντικών αντικειμένων - σε ένα εργαστήριο στο Ισπανικό Ινστιτούτο Τεχνών Φωτονιών, ή Ινστιτούτο Φωτονικών Επιστημών (ICFO). Και ήταν πραγματικά υγρά: ουσίες που διατηρούν τον όγκο τους ανεξάρτητα από την εξωτερική θερμοκρασία και σχηματίζουν σταγονίδια σε μικρές ποσότητες. Αυτό είναι σε αντίθεση με τα αέρια, τα οποία εξαπλώνονται για να γεμίσουν τα δοχεία τους. Αλλά ήταν πολύ λιγότερο πυκνός από οποιοδήποτε υγρό που υπάρχει υπό κανονικές συνθήκες και διατηρούσε την υγρή τους κατάσταση μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως κβαντική διακύμανση.
Οι ερευνητές ψύχουν ένα αέριο ατόμων καλίου ψύχεται σε μείον 459,67 βαθμούς Fahrenheit (μείον 273,15 βαθμούς Κελσίου), κοντά στο απόλυτο μηδέν. Στη θερμοκρασία αυτή, τα άτομα σχημάτισαν συμπύκνωμα Bose-Einstein. Αυτή είναι μια κατάσταση ύλης όπου τα ψυχρά άτομα συσσωρεύονται και αρχίζουν να αλληλεπικαλύπτονται φυσικά. Αυτά τα συμπυκνώματα είναι ενδιαφέροντα επειδή οι αλληλεπιδράσεις τους κυριαρχούνται από τους κβαντικούς νόμους και όχι από τις κλασικές αλληλεπιδράσεις που μπορούν να εξηγήσουν τη συμπεριφορά των περισσότερων μεγάλων όγκων ύλης.
Όταν οι ερευνητές έσπρωξαν δύο από αυτά τα συμπυκνώματα μαζί, σχημάτισαν σταγονίδια, ενώζονταν μαζί για να γεμίσουν έναν καθορισμένο όγκο. Αλλά σε αντίθεση με τα περισσότερα υγρά, που συγκρατούν τα σχήματα των σταγονιδίων μαζί μέσω των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μορίων, αυτά τα σταγονίδια κράτησαν τα σχήματα τους μέσα από μια διαδικασία γνωστή ως "κβαντική διακύμανση".
Κβαντική διακύμανση προκύπτει από την αρχή αβεβαιότητας του Heisenberg, σύμφωνα με την οποία τα σωματίδια είναι βασικά πιθανοτικά - δεν κατέχουν ένα ενεργειακό επίπεδο ή μέρος στο διάστημα, αλλά μάλλον χύνεται σε πολλά πιθανά επίπεδα ενέργειας και θέσεις. Αυτά τα "πεθαμένα" σωματίδια δρουν λίγο σαν να πηδούν γύρω από τις πιθανές θέσεις και τις ενέργειές τους, ασκώντας πίεση στους γείτονές τους. Προσθέστε όλες τις πιέσεις όλων των σωματιδίων που ρέουν, και θα διαπιστώσετε ότι τείνουν να προσελκύουν ο ένας τον άλλο περισσότερο από ό, τι απωθείται ο ένας τον άλλον. Αυτή η έλξη τους συνδέει μαζί σε σταγονίδια.
Αυτά τα νέα σταγονίδια είναι μοναδικά δεδομένου ότι η κβαντική διακύμανση είναι το κυρίαρχο αποτέλεσμα που τα κρατάει σε υγρή κατάσταση. Άλλα "κβαντικά υγρά" όπως το υγρό ήλιο καταδεικνύουν αυτό το αποτέλεσμα, αλλά περιλαμβάνουν και πολύ πιο ισχυρές δυνάμεις που τους συνδέουν πολύ πιο στενά μεταξύ τους.
Ωστόσο, τα σταγονίδια του συμπυκνώματος του καλίου δεν κυριαρχούνται από αυτές τις άλλες δυνάμεις και έχουν πολύ ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια και επομένως εξαπλώνονται σε πολύ ευρύτερους χώρους - ακόμα κι όταν κρατούν τα σχήματα των σταγονιδίων τους. Σε σύγκριση με παρόμοια σταγονίδια ηλίου, οι συγγραφείς γράφουν ότι αυτό το υγρό είναι δύο τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο και οκτώ τάξεις μεγέθους πιο αραιό. Αυτό είναι μια μεγάλη υπόθεση για τους πειραματιστές, γράφουν οι ερευνητές. τα σταγονίδια καλίου μπορεί να αποδειχθούν πολύ καλύτερα μοντέλα κβαντικών υγρών για μελλοντικά πειράματα από το ήλιο.
Τα κβαντικά σταγονίδια έχουν όμως τα όριά τους. Εάν έχουν πολύ λίγα άτομα εμπλέκονται, καταρρέουν, εξάτμιση στον περιβάλλοντα χώρο.
