CPH Theory نظریه سی پی اچ

تحت ِ فشار و دمای بالا به نظر می رسه که هيدروژن ابررسانا هيدروژن ميشه. يعنی الکتريسيته را بدون مقاومت عبور می دهند. اما ممکنه که «همزمان» مايعی بشه که بدون ِ اصطکاک جاری ميشه (يعنی ميشه ابرشاره). اين حالت معجون ِ جديد در ژوئن امسال (2005) و ۲۳ سپتامبر امسال (10 روز پيش) با شبيه سازی کامپيوتری پيش بينی شد.*

تحت فشار بالا (در حد ميليون اتمسفر)؛ مثل شرايط داخل سياره ی مشتری؛ هيدروژن تبديل به فلز ِ مايع می شود. در دمای کمی بالای صفر مطلق اين مايع فلزی تبديل به ابررسانا می شود.

در حول و حوش دمای صفر حالت ِ ابررسانای پروتون بيرون ميزنه. حالتهای الکترونی و پروتونی ممکنه با هم همکاری کنن و ابررسانا رو بسازن که در اون الکترون و پروتون به نوعی حرکت می کنن که حرکت ِ بی اصطکاک ِ جرمها رو بوجود بيارن و هيچ بار الکتريکی حرکت نمی کنه.

آسل ِ سودبو Asle Sudbø از دانشگاه علم و صنعت ِ تروند هيم Trondheim در نروژ با همکاری دو فيزيک پيشه ی دانشگاه کورنل اخيرا ويژگی های جديدی از اين «حالت ِ ابرشاره ی ابررسانا» و همچنين دو حالت ِ «ابررسانا نا-ابرشاره» و «حالت ِ ابرشاره ی نا-ابررسانا» را پيش بينی کرد. آنها با شبيه سازی تشخيص دادند که همه ی اين ۳ حالت ِ هليوم همزمان با هم تشکيل می شود که جدايی ِ اين حالتها با دما و ميدان مغناطيسی خارجی هستند.

يک ميدان مغناطيسی می تواند ابررساناها را به حالت ِ پنير ِ سوئيسی ببرد Swiss cheese که در آن حالت اين ميدان مغناطيسی خارجی به داخل ِ لوله هايی از ماده ی نا-ابررسانا نفوذ می کند. اين تيوبهای نا-ابررسانا را خطهای گردابی Vortex می نامند. دور ِ اين خطها الکترونها می چرخند.

در هليم مايعی که ابررسانای ابرشاره است؛ در دماهای پائين؛ خطهای گردابی ِ الکترون و پروتون با هم برخورد می کنند و يک شبکه ی ثابت fixed lattice تشکیل می دهند.

وقتی هيدروژن رو گرم می کنين بسته به قدرت ِ ميدان مغناطيسی دو چيز رخ ميده. در ميدان مغناطيسی ضعيف با گرم کردن گردابه های پروتونی از گردابه های الکترونی جدا ميشن. اين جدايی باعث ميشه که ابررسانايی خراب بشه و فقط ابرشارگی بمونه. اگر دما بسشتر بشه دو نوع خط ِ گردابی در هم می پيچن اما ديگه اين گردابه های مرکب روی شبکه ی ثابت ديگه نمی مونن و آزادانه حرکت می کنن که بهش ميگن «مايع ِ گردابه».

در اين حالت ديگه ماده بررسانا نيست چون جريان ِ الکتريکی تيوبهای شار مغناطيسی رو حرکت ميدن که باعث ميشه انرژی صرف بشه. مثل اينکه مقاومتی درون ماده بوجود بياد. اما هنوز ماده ابرشاره هست.

ديويد سیپرلی David Ceperly از دانشگاه ايلينويز در Urbana-Champaign گفت: «اين فاز ِ ابرشاره ی ابررسانا ميتونه خيلی جالب باشه» اما شک دارم تو آزمايشگاه بشه حقيقتا ديدش. سوال اصلی اينه که آيا هيدروژن تو اون دما يخ ميزنه يا مايع باقی می مونه. محاسبات ِ کامپيوتری ديويد ميگه که يخ می زنه و اون مايع ِ گردابی و ... رخ نمی ده.

سودبو ميگه که به زودی آزمايش ميگه که ميشه اين حالت ِ ابرشاره ی ابررسانا رو ديد يا نه.

ديويد ليندلی

ترجمه: محمد ح. انصاری

منابع:

[1] K. Moulopoulos and N.W. Ashcroft, "Generalized Coulomb Pairing in the Condensed State," Phys. Rev. Lett. 66, 2915 (1991).
[2] E. Babaev, A. Sudbø, and N.W. Ashcroft, "A Superconductor to Superfluid Phase Transition in Liquid Metallic Hydrogen," Nature (London) 431, 666 (2004).
[3] E. Babaev, A. Sudbø, and N.W. Ashcroft, "Observability of a Projected New State of Matter: A Metallic Superfluid," Phys. Rev. Lett. 95, 105301 (2005).
[4] S. A. Bonev, E. Schwegler, T. Ogitsu, and G. Galli, "A Quantum Fluid of Metallic Hydrogen Suggested by First-Principles Calculations," Nature (London) 431, 669 (2004).

ويديو

گردابه های رقصان Dancing Vortices

در اين شبيه سازی گردابه های الکترونی (آبی) و گردابه های پروتونی (قرمز) در دمای کم و قشار بالا داخل هيليوم تشکيل ميشن. اولش فاز ابررسانای ابرشاره است. بعدش که دما زياد ميشه گردابه ها شروع به حرکت می کنن و از جای ثابتشون در شبکه جدا شده و کم کم بالاخره حالت ِ طبيعی مايع پيش مياد.

MPEG 29.5 MB
MPEG 19.9 MB

* (اولی در Physical Review B و دومی در Physical Review Letters)