گرداب‌های کوانتومی نشانه‌ای قوی از ابر سیالات هستند

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، در طبیعت، گرداب‌ها را می‌توان در همه جا یافت: چرخش آب می‌تواند چرخش ایجاد کند. هنگامی که جو به هم می‌خورد، گردباد‌های عظیمی می‌توانند تشکیل شوند. 

این مورد در دنیای کوانتومی نیز وجود دارد، با این تفاوت که بسیاری از گرداب‌های یکسان به طور همزمان در حال شکل گیری هستند - گرداب کوانتیزه می‌شود.

در بسیاری از گاز‌های کوانتومی، چنین گرداب‌های کوانتومی قبلاً نشان داده شده است.

فرانچسکا فرلاینو از دپارتمان فیزیک تجربی در دانشگاه اینسبروک و موسسه اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی می‌گوید: این جالب است، زیرا چنین گرداب‌هایی نشانه‌ای واضح از جریان بدون اصطکاک یک گاز کوانتومی - به اصطلاح ابر سیال است.

تصویری از توزیع چگالی یک دوقطبی دوقطبی بوز-انیشتین-میعان (dBEC) که گرداب‌های کوانتیزه شده را بر اساس داده‌های شبیه سازی از مقاله نشان می‌دهد. گرداب‌ها که از طریق کاهش چگالی آن‌ها در dBEC قابل مشاهده هستند، به دلیل ویژگی ناهمسانگرد و دوربرد برهمکنش‌های دوقطبی بین اتم ها، به صورت راه راه قرار می‌گیرند.

فرلاینو و تیمش در حال تحقیق بر روی گاز‌های کوانتومی ساخته شده از عناصر قوی مغناطیسی هستند. برای چنین گاز‌های کوانتومی دوقطبی، که در آن‌ها اتم‌ها به شدت به یکدیگر متصل هستند، گرداب‌های کوانتومی تاکنون نشان داده نشده است. مانفرد مارک از تیم فرانچسکا فرلاینو توضیح می‌دهد که دانشمندان روش جدیدی ابداع کرده‌اند: ما از جهت‌گیری گاز کوانتومی دیسپروزیم، که اتم‌های آن مانند بسیاری از آهن‌ربا‌های کوچک رفتار می‌کنند، برای هم زدن گاز استفاده می‌کنیم.

برای انجام این کار، دانشمندان یک میدان مغناطیسی بر روی گاز کوانتومی خود اعمال می‌کنند به گونه‌ای که این گاز در ابتدا گرد و به شکل پنکیک به دلیل انقباض مغناطیسی به شکل بیضی تغییر شکل می‌دهد. این ایده، به همان اندازه که قدرتمند است، از یک پیشنهاد نظری چند سال پیش توسط تیم نظری دانشگاه نیوکاسل، به رهبری نیک پارکر و توماس بلاند، نویسنده دوم مقاله، یکی از اعضای آن بود.

لائوریتز، نویسنده اول مقاله فعلی توضیح می‌دهد: با چرخش میدان مغناطیسی، می‌توانیم گاز کوانتومی را بچرخانیم. اگر به اندازه کافی سریع بچرخد، گرداب‌های کوچکی در گاز کوانتومی شکل می‌گیرد. اینگونه است که گاز سعی می‌کند حرکت زاویه‌ای را متعادل کند.

در سرعت‌های چرخشی به اندازه کافی بالا، نوار‌های گردابی عجیبی در امتداد میدان مغناطیسی تشکیل می‌شود. این‌ها ویژگی خاص گاز‌های کوانتومی دوقطبی هستند و اکنون برای اولین بار در دانشگاه اینسبروک اتریش مشاهده شده اند.

روش جدید که اکنون در Nature Physics ارائه شده است، برای مطالعه ابر سیالیت در حالت‌های فوق جامد که در آن ماده کوانتومی به طور همزمان جامد و مایع است، استفاده خواهد شد. در واقع هنوز یک سوال اصلی باز است که درجه شخصیت ابرسیال در حالات ابر جامد تازه کشف شده است، و این سوال امروزه هنوز بسیار کم مطالعه شده است.