Теперь, многочисленная, международная команда исследователей во главе с учеными из USC, Стэнфорда и Беркли использовала рентген от лазера на свободных электронах, чтобы всмотреться внутренние отдельные капельки жидкого гелия, исследуя, сохраняет ли этот жидкий гелий свои супержидкие особенности даже в микроскопических весах – такой как в крошечных капельках тумана гелия.«Один из способов, которыми проявляет супертекучесть, посредством формирования квантовых вихрей, но они экспериментально никогда не наблюдались в капельках», сказал Андрей Вилесов, преподаватель химии и физики в USC Dornsife Collge Писем, Искусств и Наук и co-corresponding автора исследования, которое появляется в Науке 22 августа.Среди co-corresponding авторов Вилесова Кристоф Бостедт, старший научный сотрудник из Национальной ускорительной лаборатории SLAC, и Оливер Джесснер из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.
Команда нашла, что квантовые вихри, или джакузи, форма во вращающихся нанокапельках гелия в беспрецедентных количествах, приводя к чрезвычайной деформации капелек в плоские диски, которые напоминают толстый блин. Кроме того, группа также заметила аномально большие количества вихрей в капельках, указав, что они даже ведут себя по-другому, чем другие супержидкости.
«Теперь мы в состоянии изучить эту форму вопроса по-новому, который позволяет нам видеть, как квантовая механика проявляется в движении изолированной супержидкости», сказал Джесснер.Если снижение нормальных жидких вращений, центробежная сила отодвигает жидкость от центра, приводя к экваториальной и полярной деформации – во многом как путь, вращение Земли заставляет его отклониться немного от прекрасной сферы.
Если планета вращается достаточно быстро, она искажает в форму арахиса прежде разбивающийся, неспособный выдержать напряжение ее собственного движения.Вращение супержидкого гелия так же искажает свою форму, но также и формирует соты, состоящие из бесчисленных квантовых вихрей, в отличие от единственного вихря, сформированного в нормальной жидкости. Отсутствие вязкости в супержидкости позволяет этим вихрям сохраняться неопределенно.
По сути, в супержидкой капельке вращение равномерно распределено в вихрях, который позволяет капельке противостоять потрясающе большим скоростям вращения, не формируя лепестки или разложение.«Даже при том, что это – жидкость, есть более высокая степень заказа – и мы смогли к изображению это.
Это далеко вне того, какие люди первоначально думали, что лазеры на свободных электронах смогли сделать», сказал Бостедт.Некоторые размышляют, что изучение супержидкостей могло помочь понять происхождение вселенной; в моменты после Большого взрыва, вселенная была однородна в плотности и подобна супержидкости. Создание колебаний плотности в форме квантовых вихрей может быть тем, что привело к раннему формированию галактик.
«Космос скрывается в каждой капельке гелия, и мы смотрели внутри более чем 10 000 из них», сказал Кертис Джонс, аспирант USC.Вилесов и его коллеги также планируют учиться, как присутствие квантовых вихрей затрагивает химические реакции и формирование группы в нанокапельках гелия.
Это исследование финансировалось Национальным научным фондом (предоставьте CHE-1112391), американское Министерство энергетики (Контракт № DE-AC02-05CH11231) и Общество Макса Планка.