محققان آکادمی علوم چین برای اولین بار به طور تجربی ابر سیالیت ضد جریان (CSF) را نشان دادند. این یک حالت کوانتومی عجیب و غریب است که در آن دو جزء (به عنوان مثال، انواع مختلف اتم ها یا اسپین ها) در جهت مخالف با همبستگی کامل جریان دارند. علیرغم اینکه هر دو جزء فوق سیال هستند، سیستم به عنوان یک کل ثابت و تراکم ناپذیر باقی می ماند.
به گفته محققان، CSF ابزار مهمی برای مطالعه و شبیه سازی سیستم های کوانتومی پیچیده در محیط های فوق سرد، به ویژه برای کاوش در فازهای کوانتومی جدید و پدیده های مرتبط با اسپین خواهد بود.
آوردن CSF از تئوری به واقعیت
ابر سیالیت ضد جریان مفهوم جدیدی نیست. دانشمندان در دو دهه گذشته از این فاز کوانتومی اطلاع داشتند. این در واقع بسط یافته های مدل بوز-هابارد است، مدلی نظری که در سال 1963 برای توضیح رفتار بوزون ها در یک سیستم شبکه ارائه شد.
برخی دیگر از مدلهای ریاضی نیز CSF را تئوری میکنند، اما تاکنون دانشمندان به دلیل چندین چالش فنی نمیتوانستند این مرحله را در یک مجموعه آزمایشی مشاهده کنند.
نویسندگان این مطالعه، توضیح می دهند: “تحقق و شناسایی این فاز بهطور تجربی به دلیل الزامات سختگیرانه برای یک راهاندازی واحد، از جمله آمادهسازی حالت بدون نقص، حداقل گرمایش در طول دستکاریهای منسجم، و تشخیص فازها توسط چرخش و مکان، چالش برانگیز بوده است.”
برای دستیابی به فاز مخفی CSF، محققان یک سیستم دو جزئی را با استفاده از اتم های فوق سرد روبیدیم-87 با دو حالت اسپین متفاوت تهیه کردند. سپس اتم ها در شبکه ای از نور لیزر قرار گرفتند که اتم ها را در موقعیت های خاصی به دام انداخت.
این منجر به تشکیل یک عایق اسپین موت شد، ماده ای جذاب که در تئوری قرار است الکتریسیته را هدایت کند اما در واقعیت اینطور نیست. این به این دلیل است که برهمکنش های قوی بین اسپین های ذرات آن باعث می شود که آنها موضعی شوند و از حرکت آزادانه الکترون ها جلوگیری کنند.
با تنظیم برهمکنش بین اتمها در این سیستم در دمای یک نانوکلوین (273.15- درجه سانتیگراد یا -459.67 درجه فارنهایت)، محققان از حالت یخ زده (عایق اسپین موت) به حالتی که دو نوع اتم در آن جریان دارند تغییر مکان دادند. جهات مخالف در حالی که کاملاً متعادل باقی می مانند، که ابر سیالیت جریان مخالف را نشان می دهد.
تأیید جریان فوق سیال
برای تأیید اینکه آیا سیستم واقعاً وارد فاز CSF شده است یا خیر، نویسندگان مطالعه از یک میکروسکوپ گاز کوانتومی استفاده کردند – یک ابزار تصویربرداری بسیار پیشرفته که به دانشمندان اجازه میدهد اتمهای منفرد را در یک شبکه مشاهده کنند.
آنها همبستگی بین موقعیتها (و اسپینهای) مختلف اتمها را اندازهگیری کردند و همبستگیهای ضد جفت را یافتند، یعنی وجود اتمها در حالتهای مخالف.
نویسندگان مطالعه خاطرنشان کردند: “همبستگی های ضد جفت، مشخصه CSF، با اندازه گیری ها در هر دو فضای واقعی و تکانه زیر یک میکروسکوپ گاز کوانتومی تایید شد.”
این مشاهدات تأیید می کند که وقتی یک اتم در یک جهت حرکت می کند، اتم دیگری در حالت اسپین مخالف در جهت مخالف حرکت می کند. علاوه بر این، محققان همبستگیهای دوربرد را در حالتهای اسپین مشاهده کردند، با حفظ انسجام سیستم در کل شبکه – یکی دیگر از شاخصهای قوی فاز CSF.
کشف ابر سیال در سال 1930 منجر به توسعه بسیاری از فن آوری های هیجان انگیز کم سرما، مانند خنک کننده لیزری شد. امیدواریم CSF مسیر را برای بسیاری از کاربردهای کوانتومی پیشگامانه هموار کند.
دیدگاهتان را بنویسید