Ciecz zmienia się w ciało stałe, gdy temperatura rośnie. Jak to wyjaśnić?

Zespół złożony z naukowców z Austrii oraz Danii przeprowadził badania poświęcone nietypowym zachowaniom pewnej kwantowej cieczy.
Ciecz zmienia się w ciało stałe, gdy temperatura rośnie. Jak to wyjaśnić?

Ta zamienia się w ciało stałe, jeśli zostanie podgrzana, co wydaje się sprzeczne z logiką. Ale czy na pewno? Francesca Ferlaino oraz Thomas Pohl i ich współpracownicy pokazują, że w świecie kwantowym pewne rzeczy wyglądają nieco inaczej, niż moglibyśmy się tego spodziewać. 

Czytaj też: Kwantowa rewolucja na horyzoncie. Rekonfigurowalna elektronika w skali nano już tu jest

Szczególne zainteresowanie członków zespołu wzbudziły tzw. ciała superstałe, czyli uporządkowane przestrzennie materiały o właściwościach nadciekłych. Takowe wykazują zarówno właściwości ciała stałego, jak i supercieczy. Przed kilkoma laty udało się zademonstrować ten stan w bardzo schłodzonych gazach kwantowych.

Jak wyjaśnia Ferlaino, która również brała udział w ówczesnych badaniach, zebrane wtedy dane sugerowały, że wzrost temperatury sprzyja powstawaniu superstałych struktur. Badaczka dodała, iż zaobserwowane zachowanie było ważnym impulsem dla teorii, która wcześniej w niewielkim stopniu zwracała uwagę na fluktuacje termiczne w tym kontekście.

Już przed kilkoma laty sądzono, iż ogrzewanie cieczy kwantowej może prowadzić do powstania kryształu kwantowego

Teraz, kilka lat po pierwotnych eksperymentach, naukowcy z Danii oraz Austrii zaprezentowali nowe ustalenia na łamach Nature Communications. Opracowany przez nich model teoretyczny wydaje się potwierdzać tezę, w myśl której ogrzewanie cieczy kwantowej może prowadzić do powstania kryształu kwantowego. Z modeli teoretycznych dało się wywnioskować, jakoby wzrost temperatur ułatwiał tym strukturom formowanie się. 

Czytaj też: Czekali na ten efekt 15 lat. Fizykom udało się przeprowadzić niezwykły eksperyment

Korzystając z tego nowego modelu naukowcy stworzyli pierwszy wykres fazowy, który pokazuje formowanie się stanu superstałego w funkcji temperatury. I choć, tak jak wspomnieliśmy na początku, wydaje się to niezgodne z tym, co obserwuje się na co dzień, to takie zjawisko stanowi następstwo anizotropowej natury oddziaływania dipol-dipol silnie magnetycznych atomów dysprozu. Dzięki dalszym postępom w prowadzonych badaniach powinno stać się możliwe lepsze zrozumienie superstałych stanów materii.