Θεωρίες φυσικής

Το ήλιο-4 ίσως δεν μετατρέπεται σε υπερστερεό σε χαμηλές θερμοκρασίες

Μελέτες που πραγματοποιούνται Εργαστήριο του Los Alamos (LANL) αποκαλύπτουν ότι το ήλιο-4, μπορεί στην πραγματικότητα να μην εισέρχεται σε μια περίεργη κατάσταση της ύλης που είναι γνωστή ως «υπερ-στερεή”, όταν ψύχεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Share

Μελέτες που πραγματοποιούνται Εργαστήριο του Los Alamos (LANL) αποκαλύπτουν ότι το ήλιο-4, μπορεί στην πραγματικότητα να μην εισέρχεται σε μια περίεργη κατάσταση της ύλης που είναι γνωστή ως «υπερ-στερεή", όταν ψύχεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Όταν το υγρό ήλιο ψύχεται μέχρι το σημείο λάμδα στους 2,2 K, τότε για μια σύντομη στιγμή βράζει βίαια. Αφού σταματήσει ο βρασμός, έχει ολοκληρωθεί η μετάβαση από την κανονική φάση στην υπερ-ρευστή φάση

Η άποψη αυτή είχε προταθεί εδώ και πολύ καιρό πριν, αλλά μέχρι σήμερα κανείς δεν ήταν σε θέση να αποδείξει με βεβαιότητα ότι αυτό όντως συμβαίνει. Από την άλλη πλευρά, η ομάδα στο LANL απέδειξε ότι η μετάβαση τελικά δεν λαμβάνει χώρα.

Οι φυσικοί Alexander Balatsky και Matthias Graf μαζί με τον Séamus Davis του Cornell δημοσίευσαν όλες τις λεπτομέρειες του έργου τους στο τελευταίο τεύχος του περιοδικού Science. 

Σύμφωνα με αναλυτές, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα η διεθνής κοινότητα να μην αποδεχθεί εύκολα τα πορίσματα της νέας μελέτης, δεδομένου ότι αντιβαίνει μιας 40-χρονης θεωρίας.

Το υπερ-στερεό είναι μια κατάσταση της ύλης στην οποίο ένα στοιχείο είναι και υγρό και στερεό ταυτόχρονα.

Θεωρητικά, αυτό συμβαίνει στο ήλιο-4, όταν ψύχεται σε θερμοκρασίες που πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν. Ωστόσο, η ομάδα LANL/Cornell έδωσε μια εντελώς διαφορετική εξήγηση για τις παρατηρήσεις που έχουν διατυπωθεί σε προηγούμενες μελέτες.

Ο λόγος για τον οποίο οι φυσικοί πίστευαν μέχρι τώρα ότι το ήλιο-4 μετατρέπεται σε ένα υπερ-στερεό είναι η παράξενη συμπεριφορά των υλικών όταν ψύχονται. Κάτω από τους μείον 270 βαθμούς Κελσίου, μπορεί να γίνει υγρό χωρίς ιξώδες, που μπορεί να ρέει απρόσκοπτα χωρίς να παρουσιάζει τριβή – ένα υπερυγρό.

Όταν φυσικοί άσκησαν πιέσεις στο υπέρψυχρο ήλιο-4, παρατήρησαν το σχηματισμό ενός πλέγματος, το οποίο δείχνει την παρουσία ενός στερεού. Αυτό που πρότειναν οι φυσικοί στερεάς κατάστασης μέχρι τώρα είναι ότι το στερεό κινήθηκε με τον ίδιο χωρίς τριβή τρόπο, ως υπέρυγρό, που μεταφράζεται σε υπερστερεό.

Όμως οι εν λόγω ερευνητές δείχνουν τώρα ότι τα παλιά δεδομένα δεν είχαν εξηγηθεί σωστά, και υπήρχε αδυναμία να σκεφτούν οι φυσικοί άλλες δυνητικές εξηγήσεις. Λένε λοιπόν ότι τα προηγούμενα συμπεράσματα βασίζονται στις ενδείξεις που δείχνουν ότι, κάποια στιγμή, οι ταχύτητες ταλάντωσης κυμαίνονται στο ήλιο-4, που κινείται σε μια ειδική συσκευή.

Αυτά τα στοιχεία είχαν ερμηνευθεί ότι κάποια ποσότητα από το ήλιο είχε γίνει στερεό, αλλά κινείται χωρίς τριβή σε σχέση με το υπόλοιπο υλικό. Αλλά τώρα οι ειδικοί λένε ότι το σταδιακό «πάγωμα» των ατελειών, μέσα στο πλέγμα του ηλίου-4,  μπορεί να ήταν υπεύθυνο για αυτά τα δεδομένα.

"Αν και αυτό το πείραμα δεν αποκλείει οριστικά το ενδεχόμενο να σχηματίζεται υπερστερεό του ήλιου-4, το γεγονός ότι έχουμε δώσει μια λογική εναλλακτική εξήγηση για την παρατηρούμενη συμπεριφορά σε προηγούμενα πειράματα, αποδυναμώνει το επιχείρημα ότι αυτό που είχαμε δει ήταν μια αλλαγή φάσης σε υπερστερεό, " εξηγεί ο Balatsky.

υπερστερεό

  • Το υπερστερεό μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα υπερρευστό διατεταγμένο στο χώρο. Όταν δε κβαντικά ρευστά, όπως είναι το ήλιο-4, ψύχονται κάτω από μια ορισμένη χαρακτηριστική θερμοκρασία, υποβάλλονται σε μια υπέρρευστη μετάβαση και μπαίνουν σε μια κατάσταση μηδενικού ιξώδους.
  • Στο ήλιο έχει αποδειχθεί ότι μπορεί να δημιουργηθεί ένα υπερστερεό, το οποίο σημαίνει ότι ένα μέρος του στερεού δείχνει συμπεριφορά ρευστού  μηδενικού ιξώδους. Αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε πειραματικά το 2004 λόγω της εργασίας των φυσικών Moses Chan και Eun-Seong Kim. Η σημασία αυτού του πειράματος είναι ότι βρέθηκε μια νέα κβαντική φάση της ύλης.
  • Εν ολίγοις, ένα υπερστερεό είναι μία οπή (ένα χάσμα) σε ένα στερεό που έχει τέτοιες φυσικές ιδιότητες, που του επιτρέπουν να διαπεράσει μέσω άλλων στερεών.

Διαβάστε για τα υπερστερεά:

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share