عجیب اما واقعی ساخت ماده ای با فاز جامد و سیال

در برهه ای از تاریخ زندگی می کنیم که هر روز اتفاقات عجیب تری در حوزه دانش بوقوع می پیوندد. این بار، ساخت ماده ای با فاز جامد و سیال در مؤسسه فناوری ماساچوست آمریکا یا همان دانشگاه MIT.

پژوهشگران دانشگاه MIT توانستند ماده ای بسازند که وجود آن از نظر علم فیزیک، تا پیش از این غیر ممکن بود؛ ماده ای که در کنار حالت جامد خود، خاصیت ابَرشاره ای دارد.

عجیب اما واقعی ساخت ماده ای با فاز جامد و سیال

این ماده دارای ساختار محکم و سختی همچون جامدات است اما می تواند بدون گرانروی جریان داشته باشد. از مشخصه های دیگر این ترکیب آن است که در داخل یک “ابرشاره” یا superfluid جریان می یابد؛ به زبان ساده تر، اگر این ماده در یک فنجان به هم زده شود، بدون ایست و تا ابد خواهد چرخید.

ابر شاره حالتی از مایعات است که گرانروی آن به صفر رسیده و مایع بدون اصطکاک می تواند جریان داشته باشد.

تا پیش از این، نمونه چنین موادی تولید نشده بود و دانشمندان فقط وجود آن را به شکل تئوری مطرح کرده بودند. این کشف در پیشرفت آهن رباهای ابر رسانا و سامانه های بهینه حمل و نقل، تأثیر شگرفی بوجود خواهد آورد.

“ولفگانگ کترل” سرپرست این تحقیق گفت: «این ماده دو خاصیت متضاد جامد و ابرشاره را با هم ترکیب کرده است.»

وی افزود: «پیش از این، نظریه ای در رابطه با تبدیل “هلیوم” جامد به ابرشاره به اثبات رسیده بود و این پدیده در حالتی رخ می دهد که اتم های هلیوم در کریستال های این عنصر شروع به گردش کنند؛ البته هیچگاه این نظریه به شکل عملی پیاده سازی نشده است.»

تهیه این ماده با استفاده از ترکیب نمودن روش های سرمایش لیزری و تبخیری انجام شده که در آن اتم های “سدیم” در درجه های “نانوکلوینی” سرمادهی می شوند.

کمی درباره ابرشارگی

“ابرشاره” حالتی از ماده است که در آن شبیه سیالی که ویسکوزیته و آنتروپی صفر دارد، رفتار می کند.

اگر بخواهیم درباره ویسکوزیته یا همان گرانروی بگوییم؛ هر چه گرانروی مایعی بیشتر باشد، برای ایجاد تغییر شکل یکسان، به تنش برشی بیشتری نیاز دارد.

به عنوان مثال گرانروی عسل از گرانروی شیر بسیار بیشتر است. ضمن اینکه در علوم پایه، می گفتیم “گرانروی، عدم تمایل یک مایع برای جاری شدن است.”

همانطور که ابر رساناها در برابر جریان مقاومتی ندارند، ابر سیالات نیز بدون هیچ گونه اصطکاکی و به طور آزادانه می توانند جریان پیدا کنند. ابر سیالات دارای ویسکوزیته و آنتروپی صفر و رسانایی گرمایی بی نهایت هستند.

یکی از نتایج دیدنی این خواص که “اثر چشمه” نامیده می شود، آن است که اگر یک لوله مویین را در یک حمام ابر شاره هلیوم قرار داده و گرما دهیم (حتی بوسیله تابیدن نور)، هلیوم شروع به بالا آمدن از لوله مویین خواهد کرد.