Физики из Ланкастерского университета установили, почему объекты, движущиеся в сверхтекучем гелии-3, не имеют ограничения скорости, в продолжение более ранних исследований Ланкастера.
Гелий-3 – редкий изотоп гелия, в котором отсутствует один нейтрон. Он становится сверхтекучим при чрезвычайно низких температурах, обеспечивая необычные свойства, такие как отсутствие трения для движущихся объектов.
Считалось, что скорость объектов, движущихся через сверхтекучий гелий-3, принципиально ограничена критической скоростью Ландау, и что превышение этого предела скорости приведет к разрушению сверхтекучей жидкости. Предыдущие эксперименты в Ланкастере показали, что это не строгое правило, и объекты могут двигаться с гораздо большей скоростью, не разрушая хрупкое сверхтекучее состояние.
Теперь ученые из Ланкастерского университета нашли причину отсутствия ограничения скорости: экзотические частицы, которые прилипают ко всем поверхностям в сверхтекучей жидкости.
Открытие может помочь в применении квантовой технологии, даже квантовые вычисления, где несколько исследовательских групп уже стремятся использовать эти необычные частицы.
Исследователи нашли причину отсутствия ограничения скорости: экзотические частицы, которые прилипают ко всем поверхностям в сверхтекучей жидкости. Предоставлено: Ланкастерский университет.
Чтобы встряхнуть связанные частицы, исследователи охладили сверхтекучий гелий-3 с точностью до одной десятитысячной градуса от полный ноль (0,0001K или -273,15 ° C). Затем они протянули проволоку через сверхтекучую жидкость с высокой скоростью и измерили, какое усилие необходимо для перемещения проволоки. Помимо чрезвычайно небольшой силы, связанной с перемещением связанных частиц, когда проволока начинает двигаться, измеренная сила была равна нулю.
Ведущий автор доктор Самули Аутти сказал: «Сверхтекучий гелий-3 ощущается как вакуум для движущегося через него стержня, хотя это относительно плотная жидкость. Нет никакого сопротивления, вообще никакого. Я нахожу это очень интригующим ».
Аспирант Эш Дженнингс добавил: «Заставив стержень изменить направление своего движения, мы смогли сделать вывод, что стержень будет скрыт от сверхтекучей жидкости покрывающими его связанными частицами, даже если его скорость очень высока». «Связанным частицам сначала необходимо двигаться, чтобы достичь этого, и это оказывает на стержень крошечную силу, но как только это будет сделано, сила просто полностью исчезнет», – сказал д-р Дмитрий Змеев, руководивший проектом.
Ссылка: 21 сентября 2020 г., Nature Communications.
DOI: 10.1038 / s41467-020-18499-1
Среди исследователей Ланкастера были Самули Аутти, Шон Альстром, Ричард Хейли, Эш Дженнингс, Джордж Пикетт, Малкольм Пул, Рох Шанен, Виктор Цепелин, Якуб Вонка, Том Уилкокс, Эндрю Вудс и Дмитрий Змеев. Результаты опубликованы в Nature Communications.
