Výskumníci práve dosiahli prelom vo výskume tajomného piateho skupenstva hmoty
Výskumníci dosiahli obrovský skok v chápaní tajomného piateho skupenstva hmoty, ktoré voláme Bose-Einsteinov kondenzát.
Vedci práve urobili významný krok v štúdiu piateho stavu hmoty, známeho ako Bose-Einsteinov kondenzát (BEC). Tento stav hmoty vzniká pri extrémne nízkych teplotách, len kúsok nad absolútnou nulou, a umožňuje, aby sa častice správali ako jedna veľká kvantová častica.
Teraz vedci z Kolumbijskej univerzity vytvorili molekulárny BEC z nátrium-céziových molekúl, ktorý má dipólové vlastnosti, teda častice majú kladný aj záporný pól. Tento experiment otvára dvere k množstvu exotických aplikácií v kvantovej fyzike a chemii, vysvetľuje portál Popular Mechanics.
Predstav si to môžeme tak, že bežné častice sa pohybujú samostatne a nekontrolovane. Pri Bose-Einsteinovom kondenzáte sa však všetky zrazu správajú ako jedna veľká „superčastica“, čo umožňuje vedcom skúmať kvantové interakcie priamo. História tohto fenoménu siaha do polovice 20. rokov minulého storočia, keď Satyendra Nath Bose a Albert Einstein teoretizovali, že ultrachladené častice sa môžu spojiť do tohto zvláštneho stavu. Neskôr v 90. rokoch výskumníci dokázali, že predpovede fungujú, a od tej doby BEC slúži ako nástroj pre pochopenie správania atómov na kvantovej úrovni.
Kvantová superčastica
Nový experiment posúva hranice ešte ďalej. Vedci použili dva mikrovlnné polia, aby vytvorili BEC, ktorý vydržal dve sekundy, v kvantovom výskume je to pomerne dlhý čas. Mikrovlny tu nehrajú len rolu „ohrevu“, ale pôsobia ako štít proti zrážkam molekúl, pričom horúce častice sa odstraňujú a systém sa ochladzuje. Podľa Tijsa Karmana z Radboud University to umožňuje lepšiu kontrolu nad interakciami.
„Máme dobrú predstavu o interakciách v tomto systéme, čo je kritické pre ďalšie kroky, ako skúmanie dipólovej mnohostrannosti,“ hovorí Karman.
Aby si vedel, aká extrémna zima tu vznikla, predstav si porovnanie s vesmírom. Teplota 5 nanoKelvinov, ktorú vedci dosiahli, je miliónkrát chladnejšia než najchladnejšie známe miesta vo voľnom vesmíre, napríklad hmlovina Bumerang s teplotou asi 1 Kelvin. Molekuly sa v takom stave takmer úplne prestávajú hýbať a ich vlnová povaha prevládne nad časticovou. Je to vlastne najtichšie a najusporiadanejšie miesto v známom vesmíre, a pritom vzniklo uprostred rušného New Yorku na Kolumbijskej univerzite.
Neprehliadni
Dipólový charakter BEC sa dá prirovnať ku kvantovému tancu. Predchádzajúce kondenzáty boli ako skupina ľudí, ktorí náhodne narážajú do seba. Tento molekulárny BEC je ako tanečníci spojené neviditeľnými gumičkami – kladný a záporný pól umožňuje, aby sa molekuly cítili navzájom aj na diaľku. Takto vedci môžu skúmať kolektívne správanie hmoty, kde zmena v jednej časti kondenzátu okamžite ovplyvní zvyšok.
Výskumníci sa približujú k praktickému využitiu
Praktické využitie nie je len teoretické. Dipólové BEC môžu viesť k novej generácii kvantových senzorov a superpresných hodín. Molekuly sú extrémne citlivé na vonkajšie elektrické a magnetické polia, takže by mohli odhaliť ložiská nerastných surovín hlboko pod zemou alebo monitorovať zmeny v oceánoch s milimetrovou presnosťou. Navyše poskytujú platformu pre simuláciu zložitých materiálov, čo by mohlo viesť k objavu supravodičov fungujúcich pri izbovej teplote.
„Kontrolou týchto dipólových interakcií chceme vytvoriť nové kvantové stavy a fázy hmoty,“ hovorí Ian Stevenson, postdoktorand z Kolumbijskej univerzity.
V praxi to znamená, že vedci dokážu manipulovať s molekulami na úrovni, ktorá pripomína riadenie mini vesmíru v skúmavke.
Tento objav ukazuje, že Bose-Einsteinove kondenzáty stále skrývajú množstvo prekvapení, aj viac ako sto rokov po teoretickom popise. Nový dipólový BEC nie je len laboratórna kuriozita, ale platforma pre experimenty, ktoré môžu zmeniť naše chápanie kvantovej fyziky, materiálov aj presnosti meraní v reálnom svete.
