Supersolide si superfluideUitaţi de muşcăturile de păianjeni "radioactivi", expunerea la raze gama sau orice alt accident dătător de puteri supranaturale de găsit prin benzile desenate. În lumea reală, accesul la "superputeri" ne este facilitat de teoria cuantică.

 

 

 

Minuni cuantice: efectul Aharonov-Bohm (6)

 

Să considerăm, de pildă, heliul. La temperatura camerei acesta este cu adevărat distractiv: cu ajutorul său se pot crea baloane plutitoare sau, dacă îl inhalăm, vocea noastră poate deveni haios de piţigăiată. La temperaturi situate sub valoarea de 2 grade Kelvin, heliul este lichid şi atomii săi se lasă conduşi de proprietăţile lor cuantice. În acest punct heliul devine super-distractiv: un suprafluid.

Heliul suprafluid urcă pe pereţi şi se scurge către în sus, sfidând parcă gravitaţia. Se strecoară prin găuri imposibil de mici. Supus frecării, o ignoră nepăsător: puneţi heliu suprafluid într-un castron, reglaţi bolul să se rotească şi heliul va rămâne nemişcat, în timp ce vasul se învârte sub el. Pe de altă parte, dacă reglaţi lichidul în sine să se mişte, acesta va continua să se rotească la infinit.

Acest lucru este distractiv, dar nu deosebit de util. Un lucru opus poate fi afirmat despre supraconductori. Aceste solide conduc energia electrică fără a opune rezistenţă, ceea ce le face valoroase pentru transportul energiei electrice, pentru crearea de câmpuri magnetice enorm de puternice, pentru a dirija protonii în jurul LHC-ului (Marele accelerator de hadroni) de la CERN, de exemplu, dar şi pentru a facilita levitaţia magnetică a unor trenuri extrem de rapide.



Nu înţelegem încă modul de funcţionare al tuturor supraconductorilor, dar se pare că principiul de incertitudine al lui Heisenberg joacă un rol important în cadrul acestui fenomen (consultaţi şi "Minuni cuantice: efectul Casimir"). La temperaturi foarte scăzute, impulsul atomilor sau al electronilor din aceste materiale, luaţi separat, este foarte mic şi foarte precis cunoscut, astfel încât poziţia fiecărui atom prezintă un grad ridicat de incertitudine. De fapt, aceştia încep să se suprapună unii peste alţii până la un punct în care nu mai pot fi descrişi în mod separat. Ei încep să acţioneze ca un singur supra-atom sau supra-electron care se deplasează fără frecare sau rezistenţă.

Cu toate acestea, bizareria descrisă mai sus păleşte prin comparaţie cu fenomenele observate în cazul aşa-numitelor suprasolide. Singurul exemplu cunoscut este heliul solid răcit la un grad peste zero absolut şi adus la o presiune de aproximativ 25 de atmosfere (presiunea atmosferică normală).

În aceste condiţii, legăturile dintre atomii de heliu sunt slabe şi unele se rup, lăsând în urmă o reţea de "spaţii disponibile" care se comportă aproape similar atomilor reali. În condiţiile potrivite, aceste spaţii goale dau naştere propriului lor condensat Bose-Einstein, asemănător unui fluid. În anumite circumstanţe, acesta va trece chiar prin structura cristalină normală a heliului, ceea ce înseamnă că solidul curge, asemeni unei fantome, prin el însuşi.

Atât de ieşit din comun este acest comportament (superputere, în original - n.tr.), încât Moise Chan şi Eun Seong Kim de la Universitatea Statului Pennsylvania din University Park au verificat şi reverificat datele privitoare la heliul solid timp de patru ani înainte ca, în cele din urmă, să le facă publice în 2004 (Nature, vol. 427, p. 225).

"Nu am fost foarte încrezător că vom observa efectul", afirmă Chan. Cu toate acestea, cercetătorii au descoperit indicii care sugerează că orice material care prezintă o structură de reţea cristalină ar putea fi "convins" să pună în scenă un astfel de număr de magie la temperaturi aflate cu doar câteva fracţiuni de grad peste zero absolut. Nici măcar Superman se poate să facă acest lucru.

Cum interpretăm mecanica cuantică? (8)


 

Textul de mai sus reprezintă traducerea şi adaptarea articolului Superfluids and supersolids, publicat de New Scientist. Reed Business Information Ltd şi New Scientist nu îşi asumă nicio responsabilitate privind eventuale erori de traducere.
Traducător: Ecaterina Pavel