بیگ بنگ: دانشمندان بتازگی در محیط سرد و چگال اَبَرسیال هلیوم-3 موفق به کشف غیرمنتظره‌ای شدند. یک جسم خارجی که از میان این محیط عبور می‌کند، می‌تواند از محدودیت سرعت ِ بحرانی تخطی کند، بدون اینکه خود اَبَرسیال ظریف را از بین ببرد.

به گزارش بیگ بنگ، اگرچه این ادعا با درک ما از خاصیت ابرسیال در تناقض است، اما یک معما را پیش رویمان قرار می‌دهد. اکنون، فیزیکدان‌ها با بازسازی و مطالعه این پدیده از چگونگی اتفاق افتادن آن سر در آورده‌اند. “ذرات” درون اَبَرسیال به جسم وصل می‌شوند و از برهم‌کنش آن با اَبَرسیال عظیم جلوگیری می‌کنند؛ بنابراین، از فروپاشی اَبَرسیال جلوگیری به عمل می‌آید.

«سامولی اوتی» فیزیکدان دانشگاه لنکستر انگلیس گفت: «اَبَرسیال هلیوم-3 به میله‌ای که از درون آن عبور می‌کند مثل یک خلاء می‌مانَد، اگرچه در واقع یک مایع نسبتاً چگال است. هیچ مقاومتی در کار نیست. از نظر من این یافته بسیار جالب توجه است.»

اَبَرسیال‌ها به نوعی از سیال اطلاق می‌شود که ویسکوزیته و اصطکاک‌شان صفر است؛ بنابراین، بدون از دست دادن انرژی جنبشی جاری می‌گردد. این اَبَرسیال‌ها به راحتی از بوزون‌های ایزوتوپ هلیوم-4 ساخته می‌شوند؛ اگر دمای آن به بالای صفر مطلق برسد، سرعتش به حدی کاهش می‌یابد که دچار هم‌پوشانی شده و خوشه‌ای چگال از اتم‌ها را پدید می‌آورد که به مانند یک اَبَراتم عمل می‌کند. این اَبَراتم‌ها یک نوع اَبَرسیال را به وجود می‌آورند. دیگری بر پایه خویشاوند نزدیک بوزون، یعنی فرمیون قرار دارد. فرمیون‌ها به ذراتی گفته می‌شود که دربردارنده اجزای سازندۀ اتمی از قبیل الکترون‌ها و کوارک‌ها هستند.

اگر دمای فرمیون‌ها تا سطح معینی کاهش پیدا کند، در قالب جفت کوپر به یکدیگر متصل می‌شوند؛ هر جفت از دو فرمیون تشکیل شده است که با یکدیگر یک بوزون مرکب را پدید می‌آورند. این جفت کوپر دقیقاً مثل بوزون‌ها رفتار می‌کنند و قابلیت تشکیل یک اَبَرسیال را دارند. محققان اَبَرسیال فرمیونی خود را از هلیوم-3 ساختند؛ ایزوتوپ نادری از هلیوم که یک نوترون کمتر دارد. اگر هلیوم-3 به ده‌هزارم درجه بالای صفر مطلق سرد شود، جفت کوپر ایجاد می‌گردد.

این اَبَرسیال‌ها نسبتاً ظریف و شکننده‌اند؛ اگر جسمی فراتر از سرعت معینی از میان آن عبور کند، جفت کوپر می‌تواند دچار فروپاشی شود. محققان دانشگاه لنکستر انگلیس در سال 2016 در مقاله خود اعلام کردند که یک میله سیمی با عبور از درون سیال هلیوم-3 می‌تواند بدون از بین بردن این جفت از این سرعت تخطی کند. آنها در آزمایشات بعدی خود نیروی لازم برای حرکت دادن سیم از درون جفت‌ها را مورد اندازه‌گیری قرار دادند. وقتی سیم شروع به حرکت کرد، محققان نیروی بسیار ضعیفی را اندازه گرفتند (نیروی مورد نیاز برای ادامه کار معادل صفر بود). کافی است یک تلنگر به آن وارد کنید تا وارد حرکت شود. محققان به این نتیجه رسیدند که نیروی اولیه از حرکت جفت کوپر نشات می‌گیرد. نیروی اندکی در ابتدای کار به میله سیمی اِعمال می‌شود. پس از آن سیم می‌تواند آزادانه به حرکت بپردازد.

فیزیکدان «اَش جِنینگز» از دانشگاه لنکستر بیان کرد: «ما با وادار کردنِ میله به تغییر جهت حرکت، توانستیم به این نتیجه برسیم که میله توسط ذراتی که آن را پوشش داده‌اند از دست اَبَرسیال پنهان باقی می‌ماند، حتی زمانی که سرعت بسیار بالایی داشته باشد. این یافته جدید می‌تواند معانی و کاربردهای جالبی داشته باشد. می‌توان از اَبَرسیال‌های فرمیونی برای ساخت اَبَررساناها استفاده کرد؛ اَبَررساناها یکی از مولفه‌های مهم رایانه‌های کوانتومی برشمرده می‌شوند. پی‌بردن به دلیل این نوع رفتارِ اَبَرسیال‌ها می‌تواند ما را یک گام به آن هدف نزدیکتر کند». جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature Communications منتشر شده است.

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com