Группа ученых из Университета Инсбрука и Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук создала новое квантовое состояние материи — сверхтвердое тело, способное проявлять свойства как твердого тела, так и сверхтекучей жидкости. Это открытие опубликовано в журнале Nature.
Сверхтвердые тела сочетают свойства твердого кристаллического состояния и сверхтекучести, демонстрируя одновременную структуру как жидкости, так и твердого тела. Это состояние материи, предсказанное квантовой механикой более 50 лет назад, напоминает парадокс Шредингера, где одна и та же система проявляет противоположные характеристики, объясняет один из исследователей.
Ученые создали двумерное сверхтвердое состояние материи в газе атомов эрбия при ультранизких температурах, что было непростой задачей, впервые выполненной ими еще в 2021 году. Следующим шагом стало создание условий для перемешивания этого хрупкого состояния.
В экспериментах ученые использовали магнитные поля, чтобы запустить процесс вращения сверхтвердого тела. В результате этого движения внутри него образовались квантованные вихри, которые служат гидродинамическим признаком сверхтекучести. Эксперимент, продолжавшийся почти год, выявил различные особенности поведения квантованных вихрей, отличные от тех, что наблюдаются в немодулированных сверхтекучих жидкостях.
По словам ученых, их исследование открывает перспективы для изучения свойств экзотических квантовых систем, например, квантовых кристаллов и нейтронных звезд, в условиях лаборатории. Возможность наблюдать подобные явления на Земле может пролить свет на процессы, происходящие в нейтронных звездах и сверхпроводниках, где, как предполагается, также присутствуют сверхтекучие вихри.