量子超流体に触れたら何が起こるかを野性的な実験で明らかにする

実験により、超量子流体に触れるとどのような感じがするのかがついに明らかになりました。

物理学者は、絶対零度よりわずかに高く冷却されたヘリウム同位体に指ほどの大きさの特別な探査機を浸し、その物理的特性を記録しました。

彼らは、量子宇宙がどのようなものであるかについてのアイデアを得たのはこれが初めてだと言います。 真実を発見するために、誰も恐ろしい凍傷に苦しんだり、実験を台無しにしたりする必要はありませんでした。

「実際には、量子物理学に触れるとどんな感じになるのかという質問に対する答えはわかりません。」 物理学者サモリ・オティ氏は言う 研究を主導した英国ランカスター大学の博士。

「これらの実験条件は過酷で、技術も複雑ですが、今なら、この量子システムに手を入れたらどんな感じになるかをお話しできます。量子 100 年の歴史の中で、この質問に答えられた人はいません」 「物理学です。そして今、少なくとも液体においてはそれを示しています。」 ³彼、その質問には答えられますよ。」

超流動とは、粘性や摩擦のない流体のように動作する物質の状態です。 超流動体を生成できるヘリウムの同位体は 2 つあります。 絶対零度 (-273.15°C または -459.67°F) を超える温度まで冷却すると、ヘリウム 4 同位体粒子は速度が低下し、単一の超原子のように動作する高密度の原子配列の中に入れ子になります。

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ヘリウム-3 若干異なります。 その核はフェルミ粒子であり、ボーソンとは異なる回転をする粒子の一種です。 特定の温度以下に冷却されると、フェルミ粒子はいわゆる結合します。 クーパーペアそれらはそれぞれ 2 つのフェルミオンで構成されており、それらが一緒になって複合ボソンを形成します。 これらのクーパー対はボーソンと同様に動作するため、超流動体を形成することができます。

オッテと彼のチームは、しばらくの間フェルミオン性ヘリウム 3 超流体の実験を行っており、クーパー対は非常に壊れやすいものの、研究者は対を壊すことなく、あるいは超流体の流れを中断することなく内部にワイヤーを刺すことができることを発見しました。 そこでチームは、液体の特性を間近で個人的に研究するためのプローブを設計することにしました。

そうですね、本当に奇妙です。 液体の表面は、ロッドから熱を伝達する独立した二次元層を形成しているように見えます。 その下の超流体の大部分は、ほとんど真空のように機能します。 研究者らは、それが完全に受動的であり、何にも似ていないことを発見しました。

プローブと相互作用した液体の唯一の部分は、二次元表面層でした。 大量のエネルギーが転送された場合にのみ、バルクに到達することができます。 超流体の熱機械特性は、その 2D 層によって完全に決定されます。

「この液体に指を入れると、この液体は 2D に見えるでしょう。超流体の大部分は空に見えますが、熱は 2D サブシステム内をバルクの端に沿って、つまり指に沿って流れます。」 オーティは言う。

「これは、超流体に対する私たちの理解を再定義するものでもあります」 [Helium-3]。 「科学者にとって、これは量子物理学の実践的なトレーニングよりも影響力があるかもしれません。」

研究者らは、その影響は深いと述べている。 ヘリウム 3 は超流動体です 知られている中で最も純粋な素材したがって、研究することは科学的に非常に興味深いものです。 物質の集合的な状態 過剰な体液など。 2D 層がどのように動作するかを理解することで、準粒子、トポロジカル欠陥、量子エネルギー状態の動作を明らかにすることができます。

「これらの研究方法」 研究者たちは書いています「この多用途で巨視的な量子システムに対する私たちの理解を変える可能性を秘めています。」

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