ارديبهشت ِ سال 1383 بود که ابرشارگی
در يک گاز ِ فرميونی در دانشگاه دوک (Duke
University) توسط جان توماس (1) و
مايکل جم (2) گزارش
شد. اين پژوهشگران مشاهده کردند که يک گاز فوق
سردِ اتمهای ليتيم-6 مثل ِ يک تکه ژله ی گنده ارتعاش پيدا می کند.
اين رفتار ِ ژله-مانند
(هيدروديناميکی) در شرايط معمولی هم در گاز ِ فوق سرد ِ ليتيم مشاهده
می شود اما اين پژوهشگران دريافتند که تخت ِ شرايطی که آنها بوحود
آوردند گاز ِ آنها تبديل به يک ابرشاره شده و مثل ِ يک تکه ژله ی
«کامل» اگر کمی لزرانده شود برای مدت طولانی ارتعاشاتش از بين نمی رود.
اينکه می توان به
دقت خصوصيات ِ چنين ژله ی اتمی ای را در آزمايشگاه بررسی کرد اطلاعات
بسياری راجع به سيستمهای ابرشاره ی ديگری چون ستاره
های نوترونی که
قابل دسترس نيستند فراهم می آورد. همچنين بررسی ژله ی اتمی می تواند
حتا نشان دهد که آيا از نظر فيزيکی درست کردن ِ ابررسانايی که در دمای
اتاق به خوبی کار می کند ممکن است يا خير. اگر ابررسانای گرم درست شود
انرژی ِ زيادی در صنعت ذخيره می شود.
بسياری از سيستمها مانند ِ پلاسمای
کوارک-گلوئون یا نوترونهای ستاره های نوترونی از جفتهای برهم کنشی ِ
قدرتمند ِ ذرات ِ اسپين ِ بالا و اسپين ِ پايين ساخته شده اند. (اسپين
بالا/پايين مشابه ِ اتمهايی که مغناطش ِ بالا/پايين دارند است.
ابرشاره از اتنهای ليتيم-6 اين اتنها در
حالت ِ مرموز ِ همگذری (cross-over regime)
بودند که حالتيست که در آن جفتهای اتمی نه مولکولند (که در آن
حال بتوانند چگالش ِ بوز-انشتين
Bose-Einstein condensate را شکل دهند) و
نه از نوع ِ جفتهای کوپر ِ معروف در ابررسانايی هستند که بصورت ِ ضعيفی
به هم وصل باشند.
آنها در اين آزمايش اتمهای ليتيم-6 را
سرد کرده و با پرتو ِ ليزر ِ متمرکزی که ميدان الکتريکی اش اتمها را
محدود (confine)
می کند؛ اتمهای ليتيم را به دام انداختند. آنها مطمئن شدند که اتنمهای
مورد نظر در وضعيت ِ %50 اسپين بالا و %50 پايين هستند. سپس آنها سيستم
ِ نوری ِ خود را برای پايين آوردن دمای اتمها بروش ِ «سرمايش ِ تبخيری
evaporating cooling» روی اتمها به
کاز انداختند تا اجازه دهند که اتمهای داغتر فرار کنند و دمای مجموعه
پايين بيايد
بعد آنها توانايی ِ لرزش
ِ ژله مانند ِ اين گاز ِ سرد شده را بررسی کردند. برای اينکار آنها
ليزر ِ بدام اندازده را برای مدت ِ کوتاهی خاموش کردند و اجازه دادند
که گاز منبسط شود و بعد دوباره ليزر را روشن کردند. در آن لحظه گاز
ِژله مانند تکانی می خورد و پژوهشکران يک سری عکس از لرزش انداختند.
آنها فرکانس ِ لرزش و طول عمر ِ آن لرزش را اندازه گرفتند.
لرزش ِ ابر ِ مافوق ِ
سرد ِ ليتيم-۶. محققان دريافتند که لرزش در اين گاز برای مدت ِ طولانی
پايدار می ماند و مانند ابرشاره عمل می کند.(منبع()
يکبار
آنها ميدان مغناطيسی را طوری تنظيم کردند که اتمها قويا با هم برهمکنش
کنند. در اين حالت فرکانس ِ لرزشی ِ2837 hz
ثبت شد که در توافق با پيش بينی نظری ِ
2830 hz برای يک گاز ِ هيدروديناميک ِ فرمی
است.
در يک گاز هيدروديناميک ِ معمولی دمای
پايين تر باعث می شود که لرزش يا ارتعاش ميرا و ميراتر شود و از بين
برود. انا در اين آزنايش با کاهش ِ دمای گاز لرزش يا ارتعاش ِ طولانی
تر می شود که بر خلاف ِ انتظار از يک گاز ِ هيدروديناميک ِ معمولی است.
بنابراين فيزيکدانان ِ
دانشگاه ِ دوک حدس زدند که حالت ِ ابرشارگی رخ داده است. آنها اين خالت
زا در دماهای زير ِ 0.4 ميکروکلوين مشاهده کردند. اين در حاليست که
هنوز نظريه ای که چنين دمايی را توجيه کند وجود ندارد. (منبع)
بیست و هشت تير 1384
وجود ِ گردابه هايی در اين ابرشاره ی
جديد مشاهده شد. گردابه ها از خصوصيات ِ منحصر بفرد ِابرشارگی هستند و
در آنها بايد رؤيت شوند.
ولفگانگ کِتِرل Wolfgang Ketterle
و همکارانش در آزمايشگاهی در MIT
انستيتو تکنولوژی ماساچوست) با ليزر اتمهای چاييده
(chilled atoms) ابرشاره را نگه
داشتند و گردابه ها بيرون زدند.
بطور کلی؛ رفتار
کوانتونی بوزونها و فرميون ها بسيار متفاوت است. در واقع گاز ليتيم-6
دومين ابرشاره ی فرميونی ای است که شناخته شده است. (اولينش مايع هليون
3 بود که خاصيت ِ ابرشارگی داشت.) در واقع ابررسانايی هم در واقع يک
حالت ِ خاص ِ ابررسانايی ِ فرميونی است. در اين آزمايش اجزا اصلی ذرات
ِ بی بار هستند. اما در ابررسانايی اجزا اصلی ذرات ِ باردار
-الکترونها- هستند. (منبع)
گاز فوق سرد ِ ليتيم
اولين «ابرشاره ی دمای بالا» است. اگر نرخ دمای بحرانی
Tc که در آن انتقال به
ابرشاره ممکن می شود) به دمای فرمی Tf
دمای ِ داغترين مولکول در گاز) را در نظر بگيريم؛ در
ابررساناهای معمولی Tc/Tf
حدود ِ 4-^10 است و برای ابرشاره ی هليوم-3 حدود ِ 3-^10
است. اين نرخ برای ابررسانای دمای بالا 2-^10 و برای ابرشاره ی جديد
ليتيم-6 حدود ِ 0.3 است
منبع: اخبار
فیزیک
گردآوری و ترجمه: محمد
حسين انصاری
|
