Гранит науки - 2004-01-15

Новое фазовое состояние вещества сверхтвердое, возможно, открыто физиками у сверхтекучего гелия-4 об этом сообщает последний номер журнала Nature

У микрофона Марина Аствацатурян! Два физика из Университета Пенсильвании (Pennsylvania State University) Мозес Чен (Moses H.W.Chan) и его аспирант Юн-Шон Ким (Eun-Seong Kim) объявили о том, что ими открыто новое состояние материи - сверхтвердое и одновременно сверхжидкое, которое обычно называют сверхтекучим. Это состояние жидкости возникает в гелии при температурах близких к абсолютному нулю, и вязкость такой жидкости нулевая, а поведение ее подчиняется исключительно законам квантовой механики. Как говорят ученые, открытый ими сверхтвердый гелий-4 также находится во власти квантовой механики имея кристаллическую структуру, он ведет себя как сверхтекучая жидкость. Открытие Чена и Кима сделано с помощью аппарата, который, сжимая газообразный гелий-4, пропускал его в пористый стеклянный диск, который находился внутри герметичной капсулы. При низкой температуре и давлении в 40 раз превышающем атмосферное гелий, оказавшийся в порах, величиной с атом, и приобретал твердое состояние. Дальнейшее охлаждение и вращение капсулы позволило экспериментаторам наблюдать изменения осцилляции находящегося внутри нее вещества. Как говорит Чен, "при понижении температуры на одну десятую градуса ниже абсолютного нуля, происходило нечто совершенно необычное. Скорость осцилляции, колебаний вдруг слегка увеличивалась, как если бы часть гелия вдруг исчезла". Однако ничего никуда из экспериментальной капсулы не исчезало, скорость колебаний восстанавливалась при повышении температуры на ту же одну десятую градуса.

Для объяснения этого явления Чен приводит сравнение, где вместо гелия-4 малое дитя, а вместо капсулы - качели. Сидящий на качелях ребенок в силу имеющего место трения как бы соединен с ними, и качели возвращаются к вам с постоянной скоростью, которая отчасти определяется весом ребенка с качелями. Но если дитя вдруг приподнимется над сиденьем, то этот суммарный вес станет меньше, и качели будут возвращаться к вам быстрее. То же самое происходит и внутри капсулы: удерживаемый в ней гелий-4 настолько скользкий (т.е. текущий без сопротивления, сверхтекучий), что более он не связан со стенками пор в стекле. Каждая его частица как бы застыла сама по себе, или, как говорят физики, пришла в сверхтвердое состояние. И они же поясняют: "это твердое состояние гелия-4 в том смысле, что все его атомы занимают определенное место в кристаллической решетке, хотя на самом деле, обладая сверхтекучестью, они постоянно движутся, оказываясь один на месте другого". Но поскольку все частицы гелия в капсуле находятся в одинаковом квантовом состоянии, получается нечто однородно-незыблемое, т.е. сверхтвердое. Если существование этого состояния подтвердится дальнейшими экспериментами, возникнет достаточно много новых вопросов о природе и свойствах сверхтвердого гелия, и это надолго займет как теоретиков, так и экспериментаторов" - говорит профессор физики Университета Альберты (University of Alberta) Джон Бимиш (John Beamish).