סיקור מקיף

חומר פשוט מוזר – הכנת מוצק-על ע"י אטומי גז קרים ביותר

פיסיקאים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) בשיתוף עם אוניברסיטת מרילנד הציעו שיטה להפקת חומר שהוא "מוצק-על", מצב מרתק של חומר המתנהג בו-זמנית הן כמוצק והן כנוזל-על חסר כל חיכוך.

הדמיה של מבנה חומר על מוצק
הדמיה של מבנה חומר על מוצק

פיסיקאים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) בשיתוף עם אוניברסיטת מרילנד הציעו שיטה להפיכתם של אטומי "בוזונים" (“boson”) קרים ביותר – המרכיבים של תַּעְבִּית [תוצאת-העיבוי] בוז-אינשטיין (Bose-Einstein) – לחומר שהוא "מוצק-על", מצב מרתק של חומר המתנהג בו-זמנית הן כמוצק והן כנוזל-על חסר כל חיכוך.

בעוד שמדענים מצאו הוכחות לקיומם של מוצקי-על בתערובות נוזליות מורכבות של הליום, יהיה יותר קל להבין את קיומו של מוצק-על שכזה אם הוא נוצר מיחסי-גומלין חלשים של אטומי גז ולקבל ממנו רמזים ראשוניים להכנת חומרים חדשים לחלוטין – "חומרים קוונטיים" שיוכלו להאיץ את הבנתם של הפיסיקאים לגביי התנהגותם חומרים שונים במצבים קיצוניים.

מוצק-על, שקיומו נהגה בתיאוריה עוד בשנת 1970, מציג את המאפיינים ההכרחיים של מוצק בו האטומים מאורגנים בתבנית סדורה ומחזורית כמו בסריג גבישי, ושל נוזל-על, בו החלקיקים נעים ללא חיכוך ומבלי לאבד כל אנרגיה בתנועתם זו. מוצק-על, המתקיים רק בטמפרטורות נמוכות ביותר, מתנהג באופן שונה מאוד מעצמים אחרים הקיימים בחיי היום-יום.

"אם אתה מוסיף עוד בגדים למכונת כביסה, אתה מגביר את המסה על קצותיה, ועל המכונה להפעיל כוח רב יותר כדי להפוך את כיוון סיבובה," מסביר הכותב הראשי של המחקר Ludwig Mathey. "אולם, במכונת כביסה המורכבת ממוצק-על, חלק מהבגדים, באופן מסתורי, ירחף באוויר ויישאר נייח בעוד המכונה מסתובבת וכך יקל עליה לשנות את כיוון סיבובה. יתרה מכך, בגדים מרחפים אלו שהינם חסרי-חיכוך, יתארגנו באוויר באופן סדור ומחזורי, בדומה להתארגנותם של אטומים בגביש."

בשנת 2004, החוקרים Moses Chan ו- Eun-Seong Kim מאוניברסיטת פנסילבניה פרסמו את ממצאיו פורצי-הדרך של ניסוי בהליום בטמפרטורות נמוכות ואספו עדויות לקיומו של מצב מוצק-על. אולם, פרשנות ממצאיהם הייתה בעלת חוסר-ודאות משמעותי בעקבות טיבה המורכב של המערכת המסוימת שאיתה הם עבדו לשם ביצוע ניסוייהם.

כעת, צוות של שלושה פיסיקאים גילו שיטה להכנה מובנת יותר של מוצק-על, באמצעות השימוש בשני סוגים של אטומים קרים ביותר המתוחמים בסריג אופטי, מעין "רשת אופטית" הלוכדת וממקמת את האטומים השונים בנקודות קבועות ומחזוריות במרחב.

במאמר בכתב-העת Physical Review A מתאר צוות המחקר כיצד הוא גילה את התנאים המדויקים בהם "ענן" של אטומים קרים ביותר משני סוגים (כגון רובידיום ונתרן, או שתי צורות קרובות של רובידיום) יכול להתרכז באופן עצמאי למצב בו מתקבל מבנה גבישי של האטומים השונים, כלומר – שרשרת בה שני סוגי האטומים השונים מופיעים לחילופין באופן מחזורי, בעוד "הענן" כולו משמר את המאפיינים חסרי-החיכוך של נוזל-על המורכב מתַּעְבִּית בוז-אינשטיין (BEC).

קשה לדמיין בעיני רוחנו, במושגים יום-יומיים, גם את המצב הזה – התמונות המוצגות מתארות את התפיסה האומנותית של זה – אולם הצוות זיהה חתימות ניסיוניות מובהקות וברורות (בעיקרן צילומים של הענן), שתוכלנה לאשש את הקיום הבו-זמני של שתי התכונות הבלתי-מתאימות הללו.

מוצק-על הינו דוגמא לכיוון נוסף של מחקר בפיסיקה אטומית קרה ביותר – התכנון וההכנה של חומרים "קוונטיים" בעלי תכונות בסיסיות שלא נראו בעבר בחומרים קיימים.

הידיעה המקורית של מכון המחקר

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

11 תגובות

  1. אייל:
    רון בכלל לא ניסה להבין את זה.
    הוא כתב את הדברים כדי להקניט כי זה הדבר היחיד שהוא יודע לעשות.

  2. רון,

    למה מגוכך? ההשוואה שלך מזכירה דברים שקשורים לתחום של קוואנטים- למשל עניין החתול של שרדינגר.

    סה"כ מדובר בעירבוב תכונות שביום יום אנו תופסים אותן כבלתי ניתנות לעירבוב. לפי מה שאני מבין, כל עוד החומר הנ"ל מצוי במנוחה, ניתן להגדיר אותו כמוצק שכן האטומים שבו מקובעים במקומם (ואפילו בסדר מחזורי, דבר שמאפיין גביש=>מוצק). ברגע שעצם שמורכב מחומר זה מקבל תאוצה (קווית או זוויתית) הוא מתנהג כמו נוזל על כלומר נוזל שהאטומים שמרכיבים אותו מחליקים זה על גבי זה ללא איבוד אנרגיה-ללא חיכוך (בנוזל רגיל האטומים מחליקים זה על גבי זה עם חיכוך וכך בעצם מחליפים מקום כל הזמן).

    ככה לפחות אני מבין את זה.

  3. חשבתי ש"בוזונים" זה סוג של מצב קוונטי (הקשור לספין של חלקיק) או שמה אני מתבלבל ובוזון זה גם סוג של חלקיק?
    חוץ מזה באיזו טמפ' מדובר שמתקיימים התנאים?

    לליבנה – אני לא בטוח שעל המעטפת של המוצק-על לא יהיה חיכוך, לפי הכתבה דובר על מה שקורה בתוך המוצק. אולי החיכוך במעטפת יהיה ממש בלתי מורגש…
    משהו בסגנון של מוליך-על מקבלים רק שלא קשור לחשמל?
    או כמו שהכותרת פשוט מוזר

  4. ליבנה,
    אכן כך, בהנחה שיצליחו לייצר בכמות מספקת ויהיה בעל תכונות מכניות ברי שימוש (מלבד חיכוך אפסי).

  5. רגע, אז אם נשים חפץ (מוצק) על משטח מוצק-על בשיפוע ממש ממש ממש קטן, הוא יחליק כי אין חיכוך? כמו על מים (או נוזל אחר) רק חזקים יותר שהחפץ לא יטבע?

  6. לו איינשטיין היה כאן הוא לבטח היה קורא לכתבה זו:כתבה חמקנית ,,
    ולגבי תעבית הבוז הנלווית לשמו ,,נו מילא,היה מחייך.
    סביר להניח שהוא היה נשאר בכל-זאת עם ראש פתוח ולו על-מנת לאמן את המוח לחשוב בפליאה הקוונטית הבלתי נתפסת להשגה ,,המתעבה ונוזלת מול עיניו.
    היה או לא היה,,היה או לא היה.;)

  7. קודם כל תודה – הכתבות ההלו פותחות אותנו לנושאים שבאופן טבעי לא היינו מגיעים אלייהם אף פעם.

    באופן לא מפתיע, גם אני לא כל כך הבנתי שום דבר למעט מושגים. מוצק + על.
    מהכתבה אפשר לקבל תחושה מטעה כאילו שבתוך ענן גז אין חיכוך.

    אני שמח שיש אחרים שמבינים ומתעסקים בדברים כאלה ומצטער שאופקיי לא רחבים מספיק בשביל להתמודד עם כתבה שכזו.

    על כל פנים, יישר כח.
    בברכת חברים,
    עמי בכר

  8. יש מקומות מיוחדים לאנשים שחושבים שמשהו יכול להיות גם נוזל וגם מוצק בו זמנית. זה פשוט מגוחך כמו לומר שמשהו יכול להיות קיים ולא קיים בו זמנית.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן