הצצה חטופה למצב חדש של חומר

חוקרים הפכו הליום קפוא למוצק, שמתנהג כמו על-נוזל

פיליפ בול , Nature (תרגום: דיקלה אורן)

כשהליום נוזלי הופך לעל-נוזל, חוקי מכניקת הקוואנטים גורמים לכל האטומים לנוע באופן קוהרנטי, כמו גדוד חיילים
כשהליום נוזלי הופך לעל-נוזל, חוקי מכניקת הקוואנטים גורמים לכל האטומים לנוע באופן קוהרנטי, כמו גדוד חיילים

חוקרים מארה"ב חושבים, כי הם גילו מצב חדש של חומר – על-מוצק. אם ממצאיהם נכונים, מצב החומר הזה מוזר ביותר. למרות היותו מוצק גבישי הוא יכול "לזרום" כמו הנוזל החלקלק ביותר, שניתן להעלות על הדעת – למעשה, הוא זורם כמו נוזל ללא צמיגות כלל.

ידוע כי ישנם נוזלים, שביכולתם לזרום ללא צמיגות, מזה שנים. הם נקראים על-נוזלים, ומכיוון שהם חסרי צמיגות, התנהגותם מוזרה. ברגע שנבחשו, על-נוזלים ימשיכו להתערבל לעד, בעוד שמערבולת בנוזל רגיל תרוסן בסופו של דבר ותעלם. על-נוזל יכול גם לטפס לו החוצה ממיכל בו הוא נמצא.

שני על הנוזלים הראשונים, שיצרו חוקרים, נעשו מהליום-4 והליום-3. את שניהם יש לקרר לטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט (273- מעלות צלזיוס), כדי שמאפייני העל-נוזליות שלהם יופיעו.

און-סונג קים ומוזס צ'אן מאוניברסיטת פנסילבניה כעת טוענים, שהפכו הליום-4 קפוא לעל-מוצק. הם עשו כן על ידי מילוי תעלות קטנטנות בזכוכית נקבובית (שנקראת "ויקור") בהליום והקפאתו על ידי קירורו ודחיסתו ליותר מ-60 אטמוספירות. לאחר מכן הניחו לדיסקת הזכוכית המלאה בהליום להסתחרר. בטמפרטורה של כ-0.175 מעלות צלזיוס מעל האפס המוחלט הדיסקה החלה לפתע להסתובב יותר בקלות – בדיוק מה שהיה אמור לקרות, אילו הפך ההליום לעל-נוזל.

אותו הדבר קורה, גם כששמים הליום על-נוזלי בזכוכית ויקור, כיוון שהנוזל נטול הצמיגות מסתובב בקלות יתרה.

קים וצ'אן אומרים, כי קשה לספק הסבר לממצאיהם מבלי להניח, כי זהו מצב של על-מוצקות. ואולם, ג'ון בימיש מאוניברסיטת אלברטה באדמונטון, קנדה, אומר, כי טענתם "בוודאי תעורר פולמוס". ישנם חוקרים שיתהו, לדוגמא, אם ייתכן שקצת הליום על-נוזלי עוטף את קירות התעלות הקטנות בזכוכית וגורם לדיסקה להסתובב יותר בחופשיות. קים וצ'אן, לעומת זאת, מתעקשים, כי הסבירות לכך היא נמוכה.

הליום מוצק כשלעצמו הוא חומר די מוזר. בטמפרטורות כה נמוכות, התנהגות אטומי ההליום מוכתבת בידי מכניקת הקוואנטים. זה מונע מההליום לקפוא בכלל, ללא תלות בכמה קר הוא, אלא אם הוא נדחס ללחץ של לפחות 25 אטמוספירות. ה"מוצק הקוואנטי" שנוצר הוא די רפוי – בניגוד למרבית המוצקים הקפואים ניתן למחוץ אותו כמו גומי, ושריג הגביש האטומי מלא ברווחים, שנקראים חללים ריקים, שזזים להם.

כשהליום נוזלי הופך לעל-נוזל, חוקי מכניקת הקוואנטים גורמים לכל האטומים לנוע באופן קוהרנטי, כמו גדוד חיילים. מסיבה זו עצירת זרימתו של על-נוזל לאחר שהתחילה אינה משימה קלה.

בהליום על-מוצק החללים הריקים בגביש מתחילים גם הן לנוע באופן קוהרנטי, כלומר הגלים יכולים להתקדם דרך השריג.

התחלת התנועה הקוהרנטית נקראת עיבוי בוז-איינשטיין. בעל-מוליכים, עיבוי בוז איינשטיין של אלקטרונים בטמפרטורות נמוכות מאפשר לזרם החשמלי לנוע ללא התנגדות. מאז שנת 1995 עיבוי בוז-איינשטיין של אטומים נראה במגוון של גזים קרים במיוחד.

קישור לכתבה המקורית ב-Nature

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

תגובה אחת

  1. רק חבל שהאנרגיה שמושקעת בשמירת נוזל העל במצבו גדולה יותר מהאנרגיה שאפשר להפיק מתנועת הסיבוב הבלתי נגמרת!!!

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן