Zespół fizyków w Barcelonie stworzył kropelki cieczy 100 milionów razy cieńsze od wody, które trzymają się razem przy użyciu dziwnych praw kwantowych.
W artykule opublikowanym 14 grudnia w czasopiśmie Science badacze ujawnili, że te dziwne kropelki pojawiły się w dziwnym, mikroskopijnym świecie sieci laserowej - struktury optycznej używanej do manipulowania obiektami kwantowymi - w laboratorium w hiszpańskim Instytucie de Ciències Fotòniques, lub Institute of Photonic Sciences (ICFO). Były to prawdziwe płyny: substancje, które utrzymują swoją objętość niezależnie od temperatury zewnętrznej i tworzą kropelki w małych ilościach. W przeciwieństwie do gazów, które rozprzestrzeniają się, aby wypełnić swoje pojemniki. Ale były one znacznie mniej gęste niż jakakolwiek ciecz, która istnieje w normalnych warunkach, i utrzymywały swój stan płynny poprzez proces znany jako fluktuacja kwantowa.
Naukowcy schłodzili gaz atomów potasu schłodzony do minus 459,67 stopni Fahrenheita (minus 273,15 stopni Celsjusza), bliski zeru absolutnemu. W tej temperaturze atomy utworzyły kondensat Bosego-Einsteina. Jest to stan skupienia, w którym zimne atomy zbijają się i zaczynają fizycznie zachodzić na siebie. Te kondensaty są interesujące, ponieważ ich interakcje są zdominowane przez prawa kwantowe, a nie klasyczne interakcje, które mogą wyjaśnić zachowanie większości dużych cząstek materii.
Kiedy naukowcy zepchnęli dwa z tych kondensatów, utworzyli kropelki, łącząc się ze sobą, aby wypełnić określoną objętość. Jednak w przeciwieństwie do większości cieczy, które utrzymują kształty kropel razem poprzez oddziaływania elektromagnetyczne między cząsteczkami, kropelki te utrzymują swoje kształty w procesie znanym jako „fluktuacja kwantowa”.
Fluktuacje kwantowe wyłaniają się z zasady nieoznaczoności Heisenberga, która głosi, że cząstki są w zasadzie probabilistyczne - nie utrzymują jednego poziomu energii lub miejsca w przestrzeni, a raczej są rozmazane na kilku możliwych poziomach energii i lokalizacjach. Te „rozmazane” cząsteczki działają trochę tak, jakby skakały po swoich możliwych lokalizacjach i energiach, wywierając presję na swoich sąsiadów. Zsumuj wszystkie ciśnienia wszystkich przepływających cząstek, a przekonasz się, że przyciągają się one bardziej niż odpychają się. Ta atrakcja łączy je w kropelki.
Te nowe kropelki są wyjątkowe, ponieważ fluktuacja kwantowa jest dominującym efektem utrzymującym je w stanie płynnym. Inne „płyny kwantowe”, takie jak ciekły hel, wykazują ten efekt, ale wiążą się również z dużo potężniejszymi siłami, które wiążą je znacznie ściślej ze sobą.
Krople kondensatu potasu nie są jednak zdominowane przez te inne siły i mają bardzo słabo oddziałujące cząstki, a zatem rozprzestrzeniają się na znacznie szersze przestrzenie - nawet gdy utrzymują kształty kropel. W porównaniu z podobnymi kroplami helu, autorzy piszą, ta ciecz jest o dwa rzędy wielkości większa, a osiem rzędów wielkości bardziej rozcieńczona. Naukowcy piszą, że to wielka sprawa dla eksperymentatorów; kropelki potasu mogą okazać się znacznie lepszym modelem cieczy kwantowych do przyszłych eksperymentów niż hel.
Jednak kropelki kwantowe mają swoje ograniczenia. Jeśli mają za mało atomów, zapadają się, parując w otaczającej przestrzeni.
