گرداب‌های کوانتومی؛ نشانه اَبَرشارگی

به گزارش مجله خبری نگار از وبگاه سای‌تِک‌دِیلی (SciTechDaily)، در طبیعت، می‌توان گرداب‌ها را در همه‌جا یافت: چرخش آب حرکت چرخشی ایجاد می‌کند و هنگامی که جَو به هم می‌خورد، گردباد‌های عظیمی شکل می‌گیرند. این مسئله در دنیای کوانتومی نیز وجود دارد، با این تفاوت که بسیاری از گرداب‌های یکسان به طور هم‌زمان در حال شکل‌گیری هستند یعنی گرداب کوانتیزه می‌شود. در بسیاری از گاز‌های کوانتومی، از این دست گرداب‌های کوانتومی مشاهده شده است.

فرانچسکا فِرلاینو (Francesca Ferlaino)، از استادان گروه آموزشی فیزیک تجربی دانشگاه اینسبروک اتریش، می‌گوید: چنین گرداب‌هایی نشانه‌ای واضح از جریان بدون اصطکاک یک گاز کوانتومی است که اَبَرشارگی (superfluidity) نامیده می‌شود.

روند پژوهش

فِرلاینو و تیمش در حال پژوهش درباره گاز‌های کوانتومی ساخته‌شده از عناصر قوی مغناطیسی هستند. برای این گاز‌های کوانتومی دوقطبی، که در آن‌ها اتم‌ها به‌شدت به یکدیگر متصل هستند، تاکنون گرداب‌های کوانتومی مشاهده نشده است. مانفرد مارک (Manfred Mark)، از اعضای تیم فرانچسکا فرلاینو، درباره روش جدیدی که دانشمندان ابداع کرده‌اند، این‌گونه توضیح می‌دهد: ما از جهت‌گیری گاز کوانتومی دیسپروزیوم، که اتم‌های آن مانند بسیاری از آهن‌ربا‌های کوچک رفتار می‌کنند، برای هم‌زدن گاز استفاده می‌کنیم.

دانشمندان برای انجام این کار، یک میدان مغناطیسی بر روی گاز کوانتومی خود اِعمال می‌کنند به گونه‌ای که این گاز که در ابتدا گِرد و به شکل پنکیک است به دلیل انقباض مغناطیسی تغییر شکل می‌دهد و به شکل بیضی در می‌آید.

لوریتز کلاس (Lauritz Klaus)، یکی از اعضای تیم پژوهشی، توضیح می‌دهد: با چرخاندن میدان مغناطیسی، می‌توانیم گاز کوانتومی را بچرخانیم. اگر میدان مغناطیسی با سرعت کافی بچرخد، گرداب‌های کوچکی در گاز کوانتومی شکل می‌گیرد و این‌گونه است که گاز سعی می‌کند گشتاور چرخشی را متعادل کند.

هنگامی که سرعت چرخشی به اندازه کافی زیاد است، نوار‌های گردابی عجیبی در امتداد میدان مغناطیسی تشکیل می‌شود؛ این‌ها ویژگی خاص گاز‌های کوانتومی دوقطبی هستند و اکنون برای اولین‌بار در دانشگاه اینسبروک اتریش مشاهده شده است.

روش جدید که اکنون در مجله فیزیک طبیعت (Nature Physics) ارائه شده است، برای مطالعه ابرشارگی در حالت‌های فوق‌جامد استفاده خواهد شد که در آن ماده کوانتومی در یک زمان هم جامد و هم مایع است.