درک بهتر سیستم‌های کوانتومی با "رایحه هیچ چیز"

ايسنا/ محققان دانشگاه هامبورگ آلمان با يک آزمايش جديد موفق به درک بهتر سيستم‌هاي کوانتومي شده‌اند. مقاومت الکتريکي صفر در دماي اتاق؟ ماده‌اي با اين خاصيت، يعني يک ابررسانا در دماي اتاق مي‌تواند توزيع برق را متحول کند، اما هنوز حتي منشا ابررسانايي در دماي بالا نيز به خوبي درک نشده است. دانشمندان دانشگاه هامبورگ موفق شده اند براي اولين بار شواهد روشني از ابرشارگي(superfluidity) در يک سيستم مدل مرکزي، يک ابر گازي دو بعدي مشاهده کنند. دانشمندان آزمايشات خود را در مجله Science ارائه داده‌اند که اجازه مي‌دهد تا موضوعات کليدي در مورد ابررسانايي با درجه حرارت بالا در يک مدل بسيار خوب کنترل شده بررسي شود. ابرشارگي (Superfluidity) يک فاز است که غالباً در دماهاي پايين ديده مي‌شود، به‌طور مثال هليوم-۳ و هليوم-۴ داراي يک اصطکاک سطحي هستند که بعد از گذر از نقطه لاندا، گرانروي اين مايع به صفر تبديل مي‌شود و مايع بدون اصطکاک مي‌تواند جريان يابد. اين پديده ابتدا براي هليوم مايع کشف شد، اما در اخترفيزيک، انرژي‌هاي بالا و نظريه‌هاي گرانش کوانتومي هم ديده مي‌شود. چيزهايي وجود دارد که قرار نيست اتفاق بيفتد. به عنوان مثال آب نمي‌تواند از شيشه يک ليوان عبور کند و به ليوان ديگري جريان يابد. در حالي که با کمال تعجب، مکانيک کوانتومي اين اتفاق را ممکن مي‌کند، اما به شرطي که مانع بين دو مايع به اندازه کافي نازک باشد. با توجه به اثر تونل‌زني مکانيک کوانتومي، ذرات مي‌توانند حتي اگر مانع بالاتر از سطح مايع باشد، در مانع نفوذ کنند. حتي جالب‌تر اينکه اين جريان حتي مي‌تواند وقتي که سطح هر دو طرف يکسان باشد، همچنان جريان يابد. البته براي تحقق اين امر، مايعات در هر دو طرف بايد ابرشاره باشند، يعني بايد بتوانند بدون اصطکاک روي موانع حرکت کنند. اين پديده شگفت‌انگيز توسط "برايان جوزفسون" در پايان‌نامه دکتراي وي پيش بيني شده بود و چنان از اهميت اساسي برخوردار است که وي به خاطر آن جايزه نوبل دريافت کرد. اين جريان تنها توسط ماهيت موج ابرشاره‌ها هدايت مي‌شود و علاوه بر ويژگي‌هاي ديگر، مي‌تواند اطمينان حاصل کند که ابرشاره شروع به نوسان بين دو طرف کند؛ پديده‌اي که با نام "نوسانات جوزفسون" شناخته مي‌شود. اثر جوزفسون براي اولين بار در سال ۱۹۶۲ بين دو ابررسانا مشاهده شد. در آزمايش، مانند جريان آب بدون تفاوت سطح، يک جريان الکتريکي مي‌تواند از طريق يک تماس تونلي و بدون ولتاژ کاربردي جريان يابد. با اين کشف، اثبات چشمگيري ارائه شده است که نشان مي‌دهد ماهيت موجي ماده در ابررساناها را حتي در سطح ماکروسکوپي مي‌توان مشاهده کرد. اکنون براي اولين بار دانشمندان گروه پروفسور "هنينگ موريتز" موفق شده‌اند نوسانات جوزفسون را در يک گاز دو بعدي فِرمي(Fermi) مشاهده کنند. اين گازهاي فرمي متشکل از "رايحه هيچ چيز" هستند، يعني يک ابر گازي که داراي تنها چند هزار اتم است. اگر آنها را تا چند ميليونيم درجه بالاتر از صفر مطلق سرد کنيم، به شکل ابرشاره (superfluid) درمي‌آيند و مي‌توان از آنها براي مطالعه ابرشاره‌ها استفاده کرد که در آن ذرات به شدت با يکديگر در تعامل هستند و تنها در دو بعد زندگي مي‌کنند. يک گاز فرمي مجموعه‌اي از تعداد زيادي فرميون است. فرميون‌ها که نامشان از روي نام "انريکو فرمي" گرفته‌شده‌است، ذراتي هستند که از آمار فرمي-ديراک پيروي مي‌کنند. اين آمار، توزيع انرژي فرميون‌ها در يک گاز فرمي درتعادل گرمايي را تعيين مي‌کنند و مشخصه آنها، چگالي تعداد، دما و مجموعه حالت‌هاي انرژي در دسترس است. "نيکلا لوئيک"، نويسنده مسئول اين مطالعه مي‌گويد: ما از اين مسئله که مشاهده نوسانات جوزفسون در آزمايش ما قابل مشاهده بود، شگفت‌زده شديم. پروفسور "موريتز" مي‌گويد: اين موفقيت، فرصت‌هاي جديد بسياري را براي ما به وجود مي‌آورد تا بتوانيم بينش خود در مورد ماهيت ابرشاره‌هاي دو بعدي و به شدت در تعامل را بهبود بخشيم. ما به خاطر درک بهتر از سيستم‌هاي کوانتومي با اين آزمايش خوشحال هستيم.

به پيج اينستاگرامي «آخرين خبر» بپيونديد

instagram.com/akharinkhabar