Состоящая из 44 физиков и химиков из Германии, США и Китая группа специалистов изучила свойства сверхтекучести микрокапель жидкого гелия. Вращение данных объектов напомнило ученым природные «торнадо». Аналогичным образом, как полагают некоторые авторы, могла вести себя материя на самых ранних этапах эволюции Вселенной.
Исследователи обнаружили, что в микрокапле сверхтекучая жидкость движется круговым образом. Такое вращение происходило с частотой до двух миллионов оборотов в секунду и в результате приводило к деформации капли до формы толстого диска.
Ученые заметили, что данная деформация капли с одной стороны напоминает деформацию Земли, произошедшую вследствие ее вращения вокруг собственной оси. С другой стороны, в капле со сверхтекучим веществом отмечается появление значительного числа вихрей. При этом вихри в микрокаплях упакованы до ста тысяч раз плотнее, чем в каплях большего размера.
То есть сочетание вращения сплющенной капли как целого с равномерно распределенными в ней вихрями в итоге приводит к тому, что диск со сверхтекучей жидкостью способен выдержать значительные скорости вращения, которые его не разрушают.
Отмечается, что специалисты в работе использовали гелий-4 – изотоп гелия, переходящий при температуре ниже − 271 градусов Цельсия в сверхтекучее состояние. Если данное вещество поместить в открытый сосуд, уже через некоторое время изотоп начнет из него вытекать.
В ходе исследований ученые использовали технику фемтосекундной рентгеновской томографии. Для чего со скоростью около 200 метров в секунду в вакуумную камеру впрыскивались капли, которые охлаждались за счет испарения части гелия.
Вещество в таких каплях, пройдя всего несколько миллиметров, охлаждалось до сверхтекучего состояния и сразу же облучалось лазером.
Чтобы заметить вихри в каплях, в жидкий гелий ученые добавили атомы ксенона, рассеивающие излучение сильнее, чем гелий, и тем самым более явно дают возможность наблюдать вихревое движение.
Ученые считают, что их работа поможет лучше понять не только механизмы сверхтекучести, но и сверхпроводимости, а также образование конденсата Бозе-Эйнштейна – коллективного образования из бозонов, находящихся в основном состоянии и проявляющих себя как одна макроскопическая частица. Иногда подобное образование называют пятым состоянием вещества после твердого, жидкого, газообразного и плазмы.
Служба информации «НВ»
