Ñëó÷àéíàÿ íîâîñòü èç Àðõèâà Êàïëè êâàíòîâîé ìåõàíèêè
03.01.2018
Ãðóïïà ó÷åíûõ-ôèçèêîâ èç Èíñòèòóòà ôîòîííûõ íàóê (Institute of Photonic Sciences, ICFO), Áàðñåëîíà, Èñïàíèÿ, ñîçäàëà êàïåëüêè æèäêîñòè, êîòîðûå â 100 ìèëëèîíîâ ðàç ìåíüøå îáû÷íûõ êàïåëåê âîäû è êîòîðûå ïîä÷èíÿþòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî çàêîíàì ñòðàííîé êâàíòîâîé ìåõàíèêè. Êàïåëüêè áûëè ñîçäàíû â óçëàõ îïòè÷åñêîé ðåøåòêè-ëîâóøêè èç ëàçåðíûõ ëó÷åé, è äàæå â òàêîì ìèêðîñêîïè÷åñêîì ìàñøòàáå îíè äåìîíñòðèðîâàëè âñå îñíîâíûå ñâîéñòâà êàïåëü æèäêîñòè - ñîõðàíÿÿ ñâîþ ôîðìó è îáúåì âíå çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû. Îäíàêî, êàïëè ýòîé êâàíòîâîé æèäêîñòè áûëè íàìíîãî áîëåå ïëîòíûìè, ÷åì ëþáûå äðóãèå êàïëè æèäêîñòè, ñóùåñòâóþùèå ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ.
Äëÿ òîãî, ÷òîáû ñîçäàòü êàïåëüêè êâàíòîâîé æèäêîñòè èñïàíñêèå ó÷åíûå îõëàäèëè ãàç, ñîñòîÿùèé èç àòîìîâ êàëèÿ, äî òåìïåðàòóðû â -273,15 ãðàäóñîâ Öåëüñèÿ. Ïðè òàêîé òåìïåðàòóðå èç àòîìîâ ñôîðìèðîâàëñÿ êîíäåíñàò Áîçå-Ýéíøòåéíà, ñîñòîÿíèå âåùåñòâà, ïðè êîòîðîì âñå åãî àòîìû ñèíõðîíèçèðîâàíû äðóã ñ äðóãîì íà êâàíòîâîì óðîâíå, çà ñ÷åò ÷åãî âåñü êîíäåíñàò âåäåò ñåáÿ, ïîäîáíî îäíîìó áîëüøîìó àòîìó, ïîä÷èíÿþùåìóñÿ èñêëþ÷èòåëüíî çàêîíàì êâàíòîâîé ôèçèêè.
Êîãäà èññëåäîâàòåëè îáúåäèíèëè äâà íåçàâèñèìûõ êîíäåíñàòà, èç íèõ ñôîðìèðîâàëèñü êàïåëüêè êâàíòîâîé æèäêîñòè. Íå÷òî ïîäîáíîå ó÷åíûì óäàâàëîñü îñóùåñòâèòü è ðàíåå, âåùåñòâî ýòèõ êàïåëåê áûëî ñâÿçàíî ñèëàìè ýëåêòðîìàãíèòíûõ âçàèìîäåéñòâèé ìåæäó ìîëåêóëàìè.  îòëè÷èå îò ýòîãî, êàïåëüêè, ïîëó÷åííûå èñïàíñêèìè ó÷åíûìè, ñîõðàíÿëè ñâîþ ôîðìó çà ñ÷åò ÿâëåíèÿ "êâàíòîâûõ ôëóêòóàöèé".
Êâàíòîâûå ôëóêòóàöèè ÿâëÿþòñÿ ñëåäñòâèåì ïðèíöèïà íåîïðåäåëåííîñòè Ãåéçåíáåðãà, ñîãëàñíî êîòîðîìó êâàíòîâûå ÷àñòèöû íå èìåþò ñòðîãî îïðåäåëåííûõ ïàðàìåòðîâ. Èõ ïàðàìåòðû, òàêèå êàê ýíåðãåòè÷åñêèé óðîâåíü, ïîëîæåíèå è îðèåíòàöèÿ â ïðîñòðàíñòâå ìîãóò áûòü îïèñàíû òîëüêî ñ òî÷êè çðåíèÿ âåðîÿòíîñòè. È åñëè âçÿòü ýòè âåðîÿòíîñòè òåêóùåãî ïîëîæåíèÿ êâàíòîâûõ ÷àñòèö, ñêîðîñòåé è íàïðàâëåíèé èõ äâèæåíèÿ, ìîæíî âû÷èñëèòü âåëè÷èíó èõ âçàèìîäåéñòâèé, êîòîðûå ïðîÿâëÿåòñÿ â âèäå äàâëåíèè. Íî ñàìûì èíòåðåñíûì ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî åñëè ñëîæèòü ñèëó è âåêòîðà äàâëåíèÿ âñåõ êâàíòîâûõ ÷àñòèö, òî îáíàðóæèòñÿ íåîáû÷íûé ôàêò, ÷àñòèöû ïðèòÿãèâàþòñÿ äðóã ê äðóãó â áîëüøåé ñòåïåíè, ÷åì îíè æå îòòàëêèâàþòñÿ äðóã îò äðóãà. È êàê ðàç çà ñ÷åò ýòîãî ïðèòÿæåíèÿ îíè ñâÿçûâàþòñÿ â êàïåëüêè êâàíòîâîé æèäêîñòè, ñïîñîáíûå ñîõðàíÿòü ñâîþ ôîðìó.
Ïðîâåäåííûå ó÷åíûìè èçìåðåíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî êàïåëüêè êâàíòîâîé æèäêîñòè èç àòîìîâ êàëèÿ, ÿâëÿþòñÿ æèäêîñòüþ â áîëüøåé ñòåïåíè, ÷åì êàïåëüêè îáû÷íîé ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòè, æèäêîãî ãåëèÿ, ê ïðèìåðó. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ïîêàçàòåëÿ òåêó÷åñòè è äðóãèõ îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ, ñâîéñòâåííûõ æèäêîñòÿì, êâàíòîâàÿ æèäêîñòü ïðåâîñõîäèò ëþáóþ ñâåðõòåêó÷óþ æèäêîñòü îò äâóõ äî âîñüìè ïîðÿäêîâ âåëè÷èíû, ÷òî îòêðûâàåò ïåðåä ó÷åíûìè-ôèçèêàìè øèðîêèå âîçìîæíîñòè äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì êâàíòîâîé æèäêîñòè.
Òåì íå ìåíåå, ó êàïåëåê êâàíòîâîé æèäêîñòè èìåþòñÿ íåêîòîðûå ïðåäåëû, êîòîðûå îãðàíè÷èâàþò âîçìîæíîñòè ê èõ ïðèìåíåíèþ. Ê ïðèìåðó, åñëè êîëè÷åñòâî àòîìîâ â îäíîé êàïåëüêå ñòàíîâèòñÿ áîëüøå îïðåäåëåííîãî çíà÷åíèÿ, òî êàïåëüêà ðàçðóøàåòñÿ, à êâàíòîâàÿ æèäêîñòü ïðåâðàùàåòñÿ â ãàç, êîòîðûé ñòðåìèòñÿ çàïîëíèòü âñå äîñòóïíîå ïðîñòðàíñòâî, êàê è ëþáîå äðóãîå ãàçîîáðàçíîå âåùåñòâî.
|