Фізики вперше побачили квантовий дощ: дуже холодний газ може поводитися як рідина

Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Interesting Engineering.

Як з'ясували фізики, поверхневий натяг може змусити надзвичайно холодні атомарні гази розпадатися на квантові краплі. Це досить рідкісне явище, оскільки квантові гази в мільйони разів менш щільні, ніж рідини, і зазвичай не мають поверхневого натягу, що необхідний для утримання крапель разом. Утворення квантових крапель вказує на те, що при таких низьких густинах відбувається щось дуже незвичайне.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Поверхневий натяг — тенденція рідини стискатися до мінімально можливої площі поверхні. Це сила зчеплення на поверхні рідини, яка притягує її молекули разом, зменшуючи площу поверхні. Це відбувається тому, що молекули на поверхні сильніше притягуються одна до одної, ніж до повітря над ними.

У результаті рідина утворює форми, подібні до крапель, щоб мінімізувати площу поверхні. Це явище відповідає за появу крапель роси, мильних бульбашок і крапель дощу. У деяких випадках поверхневий натяг призводить до капілярної нестабільності, тобто збурень у потоках рідини, які зрештою змушують рідину розпадатися на окремі краплі.

Відомою формою капілярної нестабільності є нестійкість Плато-Релея. Вона описує, як циліндричний потік рідини стає нестабільним через поверхневий натяг і розпадається на краплі. Це можна побачити в струменях води, які розпадаються на краплі під час падіння.

Поверхневий натяг і капілярну нестабільність зазвичай можна побачити у звичайних рідинах. Але тепер фізики вперше побачили їхню появу в надзвичайно холодній суміші атомів калію і рубідію. Уперше в атомарного газу було виявлено таку поведінку.

Фізики виявили, що під час охолодження квантового газу, в даному випадку суміші атомів калію і рубідію, до температури, близької до абсолютного нуля (мінус 273,15 градуса Цельсія), він залишався в газоподібній формі, але водночас мав властивості рідини та створював одну квантову краплю.

Після цього вчені помістили краплю в створений лазером шлях, де вона витягнулася в тонку лінію. Витягнута квантова крапля, яка була розтягнута понад критичну довжину, ставала нестабільною та розпадалася на більш дрібні краплі.

Фізики вивчили цей процес за допомогою моделювання та експериментів і виявили тип капілярної нестабільності в дії. Вчені побачили, що розпад квантової краплі відбувався способом, схожим на нестійкість Плато-Релея звичайних рідин. За словами фізиків, ще ніколи нестійкість Плато-Релея раніше не спостерігалася в атомарних газах.

За словами вчених, їхнє відкриття поглиблює розуміння незвичайної рідкої фази речовини і показує потенціал для створення масивів квантових крапель, які можуть бути корисними при створенні майбутніх квантових технологій. Результати дослідження можуть допомогти створити нові методи управління квантовою матерією і сприяти розробці нових матеріалів.

Як уже писав Фокус, через 4 роки відбудеться найрідкісніша космічна подія в нашому житті. 13 квітня 2029 року величезний астероїд наблизиться до Землі на відстань, меншу, ніж орбіта деяких супутників. Астероїд під назвою (99942) Апофіс не вріжеться в Землю, але він може стати реальною загрозою для нас у майбутньому. Тому у вчених є унікальний шанс, який, як вони вважають, випадає раз на 1000 років, щоб вивчити величезний астероїд.