Ψύξτε αρκετά κάποια άτομα και θα σκαρφαλώνουν στους τοίχους ή θα μένουν ακίνητα ενώ το δοχείο στο οποίο βρίσκονται θα περιστρέφεται, χάρη σε ένα κβαντικό φαινόμενο που ονομάζεται υπερρευστότητα. Τώρα και τα μόρια πήραν μέρος σε αυτό το παιχνίδι.
Η υπερρευστότητα είναι μια παράξενη συνέπεια της κβαντικής μηχανικής. Έτσι, ψύξτε άτομα ηλίου κοντά στο απόλυτο μηδέν και θα αρχίσουν να συμπεριφέρονται ως ένα ενιαίο κβαντικό αντικείμενο και όχι σαν μια ομάδα από μεμονωμένα άτομα. Σε αυτήν την θερμοκρασία, η τριβή που συνήθως υφίσταται μεταξύ των ατόμων, καθώς και μεταξύ ατόμων και των άλλων αντικειμένων, εξαφανίζεται, δημιουργώντας αυτό που είναι γνωστό ως υπερρευστό.
Για να δούνε αν τα μόρια θα μπορούσαν να γίνουν υπερρευστά, ο Robert McKellar του Εθνικού Συμβουλίου Έρευνας του Καναδά και οι συνεργάτες του στράφηκαν προς το μόριο του υδρογόνου, το οποίο υπάρχει ως ζεύγη ατόμων. Η ομάδα αυτή δημιούργησε ένα συμπιεσμένο μίγμα αερίων διοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου και το πυροδότησε μέσα από ένα ακροφύσιο με υπερηχητικές ταχύτητες. Μόλις ελευθερώθηκαν, τα μόρια διασκορπίστηκαν, ψύχθηκαν και τακτοποιήθηκαν έτσι ώστε κάθε μόριο του CO2 να καθίσει στο κέντρο ενός συμπλέγματος έως 20 υδρογόνων.
Για να ελέγξουν εν συνεχεία την υπερρευστότητα, η ομάδα έστειλε παλμούς υπέρυθρου λέιζερ στα συμπλέγματα αυτά, σε μήκη κύματος έτσι που το CO2, αλλά δεν το υδρογόνο, μπορεί να απορροφήσει. Αυτό που μόνο το μόριο του CO2 να δονούνται. Υπό κανονικές συνθήκες η κίνηση αυτή των μορίων του CO2 θα επιβραδυνθεί λόγω τριβής μεταξύ αυτών και των γύρω υδρογόνων. Όμως τελικά οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι για τα συμπλέγματα των 12 μορίων υδρογόνου, το υδρογόνο μόλις εμπόδισε την κίνηση του CO2.
Κατέληξαν λοιπόν στο συμπέρασμα ότι αυτά τα συμπλέγματα υδρογόνου είναι κατά 85 τοις εκατό υπερρευστό, όπως περιγράφουν στο Physical Review Letters.
Δεδομένου ότι το υδρογόνο είναι το δεύτερο μόνο στοιχείο που είναι γνωστό ότι σχηματίζει υπερρευστό, ο McKellar λέει ότι το πείραμα θα μπορούσε να είναι χρήσιμο για τον διαχωρισμό των γενικών ιδιοτήτων των υπερρευστών.
Τα υπέρρευστα μόρια μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθούν και ως «νανο-ψυγεία», τα οποία περιβάλλουν και ψύχουν μεμονωμένα μόρια πρωτεϊνών. Όμως, σε αντίθεση με τα υπέρρευστα άτομα ηλίου που χρησιμοποιούνται ήδη για αυτό τον σκοπό, τα μόρια μπορούν να λυγίσουν και να τεντώσουν, γεγονός που θα μπορούσε να παρουσιάσει νέους τρόπους για να χειριστούμε την ψύξη των πρωτεϊνών.
Οι ιδιότητες των υπερρευστών είναι τόσο ασυνήθιστες όσο και των υπεραγωγών. Όταν για παράδειγμα το αέριο ήλιο ψύχεται κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273 C), αυτό θα ρέει χωρίς καμιά τριβή ή ιξώδες.
Μπορεί να ρέει ακόμα και ανηφορικά μη λογαριάζοντας τη βαρύτητα και, εάν τοποθετηθεί σε ένα δοχείο, θα ανέβει στα πλευρικά τοιχώματα του δοχείου και μπορεί να διαφύγει από αυτό.
Τα δε υπερρευστά χρησιμοποιούνται για να μελετηθούν οι βασικές αρχές της ύλης.
Η υπερρευστότητα στο ήλιο-4 ανακαλύφθηκε στη δεκαετία του ’30. Εντούτοις, όλοι έμειναν έκπληκτοι όταν παρατηρήθηκε η υπερρευστότητα και σε πειράματα στο ήλιο-3, στις αρχές της δεκαετίας του ’70 – ένα αποτέλεσμα για το οποίο κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ το 1996 οι David Lee, Douglas Osheroff και Robert Richardson.
Λίγο αργότερα ο Βρετανός Anthony Leggett (Νόμπελ Φυσικής 2003) παρείχε μια εξήγηση γι αυτό δείχνοντας ότι τα άτομα του ηλίου-3 σχηματίζουν ζεύγη με τον ίδιο τρόπο που τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ζεύγη Cooper στη θεωρία της υπεραγωγιμότητας BCS.
Βάσει των συμπερασμάτων του κάποιες μελέτες έχουν εξετάσει πώς αυτή η διάταξη των ατόμων περνά στο χάος, γεγονός που θα μπορούσε να δώσει μια καλύτερη άποψη για την διαταραχή, ένα από τα πιο κοινά και σύνθετα προβλήματα στη φύση.
Οι αστρονόμοι, παραδείγματος χάριν, έχουν επίσης ενδιαφερθεί για τα υπερρευστά επειδή οι ιδιότητες τους μπορούν να βοηθήσουν ώστε να εξηγηθεί η συμπεριφορά των άστρων νετρονίων, τα εξαιρετικά συμπαγή αστρικά σώματα, που είναι ό,τι απομένει όταν εκρήγνυνται τα τεράστια αστέρια.
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου