این قطرات کوانتومی رقیق‌ترین مایع جهان هستند

بیگ بنگ: تیمی از فیزیکدانان در شهر بارسلونا با بهره‌گیری از قوانین عجیب کوانتومی موفق به ساختن قطره‌های مایعی شدند که ۱۰۰ میلیون برابر نازک‌تر از آبی است که آنها را کنار هم نگه می‌دارد.

در این تصویر هنری یک قطره کوانتومی حاصل از ترکیب دو هم چگال اتم‌های پتاسیم فوق سرد نشان داده شده است.

به گزارش بیگ بنگ، در مقاله منتشر شده در مجله Science در روز ۱۴ دسامبر، محققان اعلام کردند که این قطره‌های عجیب در دنیای میکروسکوپی و عجیب شبکه لیزری (یک ساختار نوری که برای دستکاری اشیای کوانتومی استفاده می‌شود) و در آزمایشگاه موسسه علوم فوتونیک اسپانیا پدید آمده‌اند. اینها مایعات واقعی بودند: موادی که صرف نظر از دمای خارجی، حجم شان را حفظ می کنند و قطراتی با مقادیر کوچک به وجود می آورند. این برخلاف گازهاست که برای پر کردن محفظه‌ها پخش می شوند. اما آنها تراکم بسیار کمتری در مقایسه با مایعاتی داشتند که تحت شرایط عادی وجود داشتند و تحت فرایندی موسوم به «نوسان کوانتومی» حالت مایع خود را حفظ کردند.

محققان یک گاز متشکل از اتم‌های پتاسیم را تا منفی ۴۵۹٫۶۷ درجه فارنهایت (نزدیک به صفر مطلق) سرد کردند. در آن دما، اتم‌ها یک چگالش بوز-اینشتین به وجود آوردند. این حالتی از ماده است که در آن، اتم‌های سرد کنار هم قرار می گیرند و به صورت فیزیکی با هم همپوشانی می کنند. این هم چگال‌ها خیلی جالب هستند زیرا برهمکنش‌هایشان تحت کنترل قوانین کوانتومی قرار دارد؛ نَه با برهمکنش‌های کلاسیک که می تواند رفتار بزرگترین توده‌های ماده را توضیح بدهد.

هنگامی که محققان دو نمونه از این هم چگال‌ها را کنار هم قرار دادند، آنها قطراتی را به وجود آوردند و حجم تعریف شده‌ای را پر کردند. اما برخلاف اکثر مایعات که از طریق برهمکنش‌های الکترومغناطیسی میان مولکول‌ها شکل قطره‌هایشان را حفظ می کنند، این قطره‌ها شکل‌های خود را به واسطه فرایندی معروف به «نوسان کوانتومی» حفظ کردند.

نوسان‌های کوانتومی از اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نشات می گیرد که طبق آن، ذرات اساسا حالت احتمالی دارند؛ یعنی آنها یک حالت انرژی یا جایی مشخص در فضا ندارند، بلکه در موقعیت‌ها و سطوح انرژی احتمالی متعددی یافت می شوند. این گونه ذرات طوری عمل می کنند که گویا در موقعیت‌ها و حالات انرژی مختلفی جابجا می‌شوند و نوسان پیدا می کنند. در این شرایط، آنها به همسایه‌های خود فشار وارد می آورند. با اِعمال فشار بالا، خواهید دید که ذرات تمایل بیشتری برای جذب یکدیگر پیدا می کنند. این جاذبه آنها را در قالب قطره در کنار یکدیگر نگه می دارد.

این قطرات ِ جدید منحصربفرد هستند؛ طوری که نوسان کوانتومی در آنها اثری غالب است و در حالت مایع حفظشان می کند. سایر مایعات کوانتومی مثل هلیوم مایع چنین اثری را نشان می دهند اما نیروهای قدرتمندتری هم دارند که آنها را به شدت در کنار یکدیگر نگه می دارد. قطرات هم چگال پتاسیم تحت سیطره آن نیروها قرار ندارند و از ذراتی با برهم کنش خیلی ضعیف برخوردارند؛ لذا در فضاهای عریض تری خود را پراکنده می سازند و شکل قطره‌هایشان را نیز حفظ می کنند. در مقایسه با قطره‌های هلیوم مشابه، این مایع دو برابر بزرگتر و ۸ برابر رقیق‌تر است. این دستاورد بزرگی به شمار می رود؛ شاید قطره‌های پتاسیم مایعات کوانتومی بهتری برای آزمایشات آتی باشند. البته قطرات کوانتومی محدودیت‌های خاص خود را دارند. اگر اتم‌های بسیار کمتری در آنها دخیل باشد، فروپاشی می کنند و تبخیر می شوند.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: Livescience.com

(11 نفر , میانگین : 4٫36 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=72346
منصور نقی لو

منصور نقی لو

کارشناسی مترجمی زبان انگلیسی. علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فرگشت، اکتساب زبان اول، یادگیری زبان دوم و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۲ پاسخ‌ها

  1. سید حمید رضایی گفت:

    جهانی که ما داریم درک می کنیم با این شرایط موجود ساخته شده، همزمان جهان های دیگه ای هم هست که شرایط دیگه ای دارن. مثل جهانی که مایعاتش شبیه آزمایش بالاست.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *