Zespół badawczy z Uniwersytetu w Heidelbergu dokonał obserwacji, która wydaje się przeczyć zdrowemu rozsądkowi. Materia może jednocześnie przejawiać właściwości cieczy i ciała stałego w warunkach dalekich od równowagi termodynamicznej. To zjawisko do tej pory uważano za teoretyczną ciekawostkę możliwą do zaobserwowania wyłącznie w idealnie statycznych układach.
Eksperyment przeprowadzono w ekstremalnie niskich temperaturach, gdzie tradycyjne prawa fizyki ustępują miejsca mechanice kwantowej. W takich warunkach atomy tracą indywidualność i łączą się w tzw. kondensat Bosego-Einsteina, tworząc nadciecz o zerowej lepkości. Grupa Synthetic Quantum Systems odkryła, że precyzyjne wprowadzenie energii do tego systemu wywołuje okresowe modulacje gęstości, powodując krystalizację nadcieczy przy jednoczesnym zachowaniu jej płynnych właściwości.
Czytaj także: Stworzyli superfoton, a później zostawili na nim odcisk. Ten eksperyment będzie miał poważne konsekwencje
Kluczowym dowodem eksperymentalnym było zaobserwowanie dwóch różnych prędkości propagacji fal dźwiękowych w tym samym materiale. Jedna fala zakłócała nadciecz, podczas gdy druga oddziaływała na strukturę krystaliczną. To wyraźnie potwierdzało współistnienie obu stanów materii. Professor Markus Oberthaler, kierujący badaniami, wyjaśnia: „Wzbudzona nadciecz wspiera oscylacje podobnie jak ciało stałe — atomy wibrują synchronicznie wokół swoich pozycji równowagi podczas przechodzenia fali dźwiękowej”.
Badanie stanowi pierwszą obserwację zjawisk nadstałych w układzie dynamicznym, dalekim od równowagi. Jak podkreśla Nikolas Liebster z zespołu badawczego, dotychczas nadstałość rozważano wyłącznie w kontekście fizyki równowagi, gdzie system pozostaje statyczny w czasie. Nowe odkrycie pokazuje, że koncepcja ta zachowuje ważność nawet przy aktywnym dostarczaniu energii zewnętrznej.
Czytaj także: Osiągnęli rzadko spotykany stan kwantowy. Tamtejsza temperatura była niemal najniższa we wszechświecie
Wyniki opublikowane w Nature Physics otwierają interesujące perspektywy badawcze, choć warto zachować umiarkowany optymizm co do praktycznych zastosowań. Możliwość kontrolowania egzotycznych stanów materii może kiedyś znaleźć zastosowanie w technologiach kwantowych, ale na realne wdrożenia przyjdzie nam prawdopodobnie poczekać jeszcze wiele lat. Niemieckie odkrycie przypomina jednak, że natura wciąż kryje przed nami wiele tajemnic, a fizyka kwantowa nie powiedziała jeszcze ostatniego słowa.