Ερευνητές καταφέρνουν για πρώτη φορά να μελετήσουν την 5η κατάσταση της Ύλης

Πριν από 100 χρόνια, ο Satyendra Nath Bose και ο Albert Einstein προέβλεψαν ότι, σε ένα ψυχρό σημείο κοντά στο απόλυτο μηδέν, τα σωματίδια που αποτελούν ένα αέριο θα άρχιζαν να μοιράζονται ορισμένες ιδιότητες και συμπεριφορές. Οι Φυσικοί χρειάστηκαν 70 χρόνια για να δημιουργήσουν αυτή την κατάσταση, το συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC).

Τώρα, 30 χρόνια αργότερα, ανακαλύπτουμε νέους τρόπους για να εργαστούμε με αυτή τη φάση. Χάρη στη δημιουργία ενός διπολικού συμπυκνώματος Bose-Einstein από μόρια νατρίου-κεσίου (NaCs). Είναι η πρώτη φορά που επιτυγχάνεται συμπύκνωμα με αυτό το χαρακτηριστικό και θα μπορούσε να ανοίξει ένα νέο παράθυρο προοπτικών στη Φυσική.

Το συμπύκνωμα Bose-Einstein ονομάζεται η «πέμπτη κατάσταση» της ύλης, μετά το στερεό, το υγρό, το αέριο και το πλάσμα. Όπως εξηγεί η ομάδα πίσω από τη μελέτη, το BEC επιτυγχάνεται όταν η θερμοκρασία των μορίων ενός αερίου γίνεται τόσο χαμηλή ώστε οι κυματοσυναρτήσεις τους να επικαλύπτονται. Όταν συμβαίνει αυτό, η ύλη υφίσταται μια μετάβαση φάσης (παρόμοια με πιο γνωστές μεταβάσεις όπως η εξάτμιση). Αυτά τα συμπυκνώματα διευκολύνουν την ανάλυση των κβαντικών ιδιοτήτων της ύλης σε μια πιο διαχειρίσιμη κλίμακα από την ατομική.

Τα πρώτα BEC που δημιουργήθηκαν ήταν από ατομικά αέρια (αέρια ρουβιδίου ή νατρίου), αλλά από το 2008 τα εργαστήρια άρχισαν να τα παράγουν από διατομικά μόρια όπως το ρουβίδιο του καλίου. Η νέα μελέτη βασίζεται επίσης σε ένα διατομικό μόριο νατρίου-κεσίου. Κατάφεραν να το ψύξουν σε θερμοκρασία πέντε νανοκέλβιν, δηλαδή πέντε δισεκατομμυριοστά του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν (0 Κ ή -273,15º Κελσίου).

Πέρυσι, η ομάδα που ήταν υπεύθυνη για τη μελέτη δημοσίευσε μια άλλη εργασία στην οποία έθεσε τις βάσεις για το «κόλπο» που χρησιμοποίησαν για να ψύξουν το αέριο σε τέτοιες θερμοκρασίες. Αυτό το «κόλπο» βρίσκεται (αν και μπορεί να ακούγεται αντιφατικό) στα μικροκύματα.

Στην περίπτωση αυτή, τα μικροκύματα δεν χρησιμοποιούνται για να δονήσουν και επομένως να θερμάνουν τα μόρια, αλλά για να τα εμποδίσουν να συγκρουστούν μεταξύ τους. Με αυτόν τον τρόπο, η ομάδα κατάφερε να εξαλείψει τα πιο θερμά μόρια, εμποδίζοντάς τα να συγκρουστούν με τα πιο ψυχρά. Μόνο τα πιο ψυχρά μόρια παρέμειναν στο αέριο, «σαν να φυσάμε πάνω σε ένα φλιτζάνι καφέ», όπως το παρομοίασε η ομάδα. Έτσι, κατάφεραν να μειώσουν τη θερμοκρασία του αερίου αρκετά ώστε να επιτευχθεί αυτή η αλλαγή φάσης.

Και για ποιο λόγο γίνονται όλα αυτά; Σύμφωνα με την ομάδα, αυτή η νέα τεχνική μας επιτρέπει να χειριστούμε τη δύναμη με την οποία θέλουμε να αλληλεπιδρούν τα μόρια BEC. Αυτό θα καταστήσει δυνατή την εξομοίωση ισχυρών κβαντικών αλληλεπιδράσεων, όπως αυτές των ηλεκτρονίων. Αυτό θα επέτρεπε την εξερεύνηση διαφόρων φαινομένων σε αυτή την κλίμακα, προσθέτουν, όπως νέοι τύποι υπερρευστών. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για να μετατραπούν αυτά τα BEC σε «προσομοιωτές» που αναπαράγουν τις κβαντικές ιδιότητες άλλων υλικών.

[via]