क्वांटम भंवर सुपरसॉलिड में अतितरलता की पुष्टि करते हैं

वह पदार्थ जो एक ही समय में ठोस और अतिद्रव दोनों की तरह व्यवहार करता है, असंभव लगता है। फिर भी, 50 साल से भी पहले, भौतिकविदों ने भविष्यवाणी की थी कि क्वांटम यांत्रिकी ऐसी स्थिति की अनुमति देती है, जहां अप्रभेद्य कणों का एक संग्रह एक साथ प्रतीत होने वाले विरोधाभासी गुणों को प्रदर्शित कर सकता है। “यह कुछ हद तक श्रोडिंगर की बिल्ली की तरह है, जो जीवित और मृत दोनों है, एक सुपरसॉलिड कठोर और तरल दोनों है,” इंसब्रुक विश्वविद्यालय और क्वांटम ऑप्टिक्स और क्वांटम सूचना संस्थान (आईक्यूओक्यूआई) में प्रायोगिक भौतिकी विभाग के फ्रांसेस्का फेर्लेनो बताते हैं। ) ऑस्ट्रियन एकेडमी ऑफ साइंसेज (ÖAW)। जबकि सुपरसॉलिड की “ठोस” प्रकृति को जन्म देने वाली क्रिस्टलीय व्यवस्था का प्रत्यक्ष चित्रण किया गया है, सुपरफ्लुइड गुण बहुत अधिक मायावी हैं। जबकि शोधकर्ताओं ने सुपरफ्लुइड व्यवहार के विभिन्न पहलुओं की जांच की है, जैसे कि चरण सुसंगतता और गैपलेस गोल्डस्टोन मोड, सुपरफ्लुइडिटी की परिभाषित विशेषताओं में से एक – मात्राबद्ध भंवर – का प्रत्यक्ष प्रमाण मायावी बना हुआ है।

अब, एक बड़ी सफलता में, परिमाणित भंवरों को अंततः एक घूमते हुए दो-आयामी सुपरसॉलिड में देखा गया है, जो एक सुपरसॉलिड में इरॉटेशनल सुपरफ्लुइड प्रवाह की लंबे समय से प्रतीक्षित पुष्टि प्रदान करता है और संशोधित क्वांटम पदार्थ के अध्ययन में एक महत्वपूर्ण कदम आगे बढ़ाता है।

चुनौतीपूर्ण प्रयोग

इस नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने द्विध्रुवीय सुपरसॉलिड में भंवर बनाने और उनका निरीक्षण करने के लिए सैद्धांतिक मॉडल को अत्याधुनिक प्रयोगों के साथ जोड़ा – एक उपलब्धि जो असाधारण रूप से चुनौतीपूर्ण साबित हुई। इंसब्रुक टीम ने इससे पहले 2021 में अर्बियम परमाणुओं की अल्ट्राकोल्ड गैस में पहला दीर्घकालिक द्वि-आयामी सुपरसॉलिड बनाकर एक सफलता हासिल की थी, जो अपने आप में एक कठिन कार्य था। मुख्य लेखिका ईवा कैसोटी ​​बताती हैं, “अगला कदम – सुपरसॉलिड की नाजुक स्थिति को नष्ट किए बिना उसे हिलाने का एक तरीका विकसित करना – और भी अधिक सटीकता की आवश्यकता है।” सिद्धांत द्वारा निर्देशित उच्च परिशुद्धता तकनीकों का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने सुपरसॉलिड को सावधानीपूर्वक घुमाने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया। क्योंकि तरल पदार्थ कठोरता से नहीं घूमते हैं, इस सरगर्मी के कारण परिमाणित भंवरों का निर्माण होता है, जो सुपरफ्लुइडिटी के हाइड्रोडायनामिक फिंगरप्रिंट हैं। “यह काम सुपरसॉलिड के अनूठे व्यवहार और क्वांटम पदार्थ के क्षेत्र में उनके संभावित अनुप्रयोगों को समझने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है,” फ्रांसेस्का फेर्लेनो ने टिप्पणी की।

इसके अलावा, प्रयोग में लगभग एक साल लग गया, जिससे सुपरसॉलिड और अनमॉड्यूलेटेड क्वांटम तरल पदार्थों में भंवरों की गतिशीलता के बीच महत्वपूर्ण अंतर का पता चला, और इन विदेशी क्वांटम राज्यों में सुपरफ्लूइड और ठोस विशेषताओं के सह-अस्तित्व और बातचीत के बारे में नई जानकारी मिली।

नई भौतिकी की खोज

इस खोज के निहितार्थ प्रयोगशाला से कहीं आगे तक पहुंचते हैं, संभावित रूप से संघनित पदार्थ भौतिकी से लेकर खगोल भौतिकी तक के क्षेत्रों को प्रभावित करते हैं, जहां चरम स्थितियों में समान क्वांटम चरण मौजूद हो सकते हैं। परियोजना के सैद्धांतिक विकास का मार्गदर्शन करने वाले थॉमस ब्लैंड ने कहा, “हमारे निष्कर्ष कई टूटी हुई समरूपताओं जैसे क्वांटम क्रिस्टल और यहां तक ​​​​कि न्यूट्रॉन सितारों के साथ विदेशी क्वांटम सिस्टम के हाइड्रोडायनामिक गुणों का अध्ययन करने का द्वार खोलते हैं।” “उदाहरण के लिए, यह माना जाता है कि न्यूट्रॉन सितारों में देखी गई घूर्णी गति में परिवर्तन – तथाकथित गड़बड़ी – न्यूट्रॉन सितारों के अंदर फंसे सुपरफ्लुइड भंवरों के कारण होता है। हमारा मंच पृथ्वी पर ऐसी घटनाओं का अनुकरण करने का अवसर प्रदान करता है।” माना जाता है कि सुपरकंडक्टर्स में सुपरफ्लुइड भंवर भी मौजूद होते हैं, जो बिना नुकसान के बिजली का संचालन कर सकते हैं। “

हमारा काम नई भौतिकी की जांच के रास्ते पर एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है,” फ्रांसेस्का फेर्लेनो कहते हैं। “हम यहां प्रयोगशाला में भौतिक घटनाओं का निरीक्षण कर सकते हैं जो प्रकृति में केवल बहुत ही चरम स्थितियों में होती हैं, जैसे कि न्यूट्रॉन सितारों में।” काम प्रकाशित हुआ था में प्रकृति और ऑस्ट्रियाई विज्ञान कोष एफडब्ल्यूएफ, ऑस्ट्रियाई अनुसंधान संवर्धन एजेंसी एफएफजी और यूरोपीय संघ द्वारा वित्त पोषित है।