На самом деле, это новая форма материи, предложенная физиками-теоретиками из Техасского университета в Далласе в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters. Их исследование также описывает «рецепт» изготовления экзотических материалов в лаборатории.Большинству людей известны три основных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное.
На самом деле их еще несколько, включая плазму, которая находится внутри Солнца и других звезд, и конденсаты Бозе-Эйнштейна, которые очень плотны и существуют только при самых экстремальных низких температурах.Сверхтекучая жидкость — это экзотическое состояние вещества с необычными свойствами. Он имеет нулевую вязкость, что означает, что он может течь по поверхности и не замедляться — или терять энергию — из-за трения о поверхность. Сверхтекучие жидкости, такие как жидкий гелий, должны быть охлаждены до чрезвычайно низких температур, чтобы проявились такие свойства.
«Если бы ваш утренний кофе был сверхтекучим, и вы размешивали его ложкой, вы могли бы вынуть ложку, и кофе никогда не переставал бы двигаться», — сказал д-р Чуаньвэй Чжан, профессор физики в Школе естественных наук и математики. автор исследования. «Обычные жидкости в конечном итоге остановятся из-за трения о чашку».И сверхтекучая жидкость, и квазикристаллОколо 50 лет назад исследователи предложили новый тип вещества, в котором сочетаются свойства сверхтекучей жидкости и твердого кристалла. Названный сверхтвердым телом, ученые смогли получить этот необычный материал в лаборатории только за последние пару лет.
«В физике у нас есть очень строгое определение того, что такое жидкость и что такое твердое тело», — сказал Чжан. «Жидкая вода не может вести себя как твердое тело, и наоборот. Их можно смешивать вместе, например, в стакане с ледяной водой, но они по-прежнему являются отдельными формами материи».По словам Чжана, в мире квантовой физики, которая описывает, как материя ведет себя на уровне атомов и отдельных частиц, это не всегда верно.«Супертвердое тело — это жидкость, текущая без трения, атомы которой также расположены периодическим образом, как и в кристаллическом твердом теле», — сказал он. «Эти два состояния, которые являются взаимоисключающими в нашей повседневной жизни, могут существовать одновременно в одном и том же физическом материале в квантовом мире».
В своем новом исследовании Чжан и его коллеги предлагают следующий логический шаг — предложение нового типа материи, которая одновременно является сверхтекучей и квазикристаллической.Кристалл, как и поваренная соль, имеет атомы, которые расположены в высокоупорядоченном периодическом узоре, который не меняется, когда вы вращаете или повторяете его, сказал Чжан.
Шахматную доску можно представить как двумерный кристалл. Квазикристаллы, с другой стороны, представляют собой материалы, атомы которых упорядочены и имеют структуру, как в кристалле, но их расположение не периодическое — оно не повторяется.«Мы задали вопрос, может ли у вас быть новое квантовое состояние материи, которое одновременно является квазикристаллом и сверхтекучей жидкостью?» Сказал Чжан.Ответ — да, по крайней мере, исходя из физических принципов, — сказал Чжан.
Материал, который предлагают Чжан и его коллеги, должен течь без трения, а также иметь непериодическую квазикристаллическую структуру.«На данный момент это теория, но в этой статье мы предлагаем экспериментальную установку, аналогичную эксперименту, в котором были получены первые сверхтвердые тела», — сказал Чжан. «Хорошая новость в том, что нам не нужно изобретать какие-либо новые технологии, чтобы на самом деле производить этот материал. В основном это включает в себя стрельбу лазерами по конденсату Бозе-Эйнштейна».Джунпэн Хоу, ведущий автор исследования и аспирант физики Университета Далласа, сказал, что создание материала все еще может быть сложной задачей.
«Для экспериментальной реализации новых сверхтвердых тел может потребоваться несколько лет», — сказал Хоу. «Но я считаю, что наша система не займет так много времени, может быть, год или два».