O wielkim przełomie piszą teraz na łamach Nature Physics. Jak wyjaśniają, przeprowadzone w ostatnim czasie badania doprowadziły do powstania kontrolowanej metody wzbudzania i obserwowania fal Kelvina w nadciekłym helu-4. To istotne choćby ze względu na fakt, iż takie fale odgrywają istotną rolę w tym, jak rozpraszana jest energia w układach kwantowych.
Czytaj też: Fundamentalne odkrycie w fizyce jądrowej zadziwia świat nauki
Yosuke Minowa z Uniwersytetu w Kioto stanął na czele zespołu badawczego. Z przekazanych przez niego informacji wynika, iż ważnym aspektem zorganizowanych eksperymentów było wykorzystanie pola elektrycznego względem nanocząstki w wirze kwantowym. I choć sami zainteresowani spodziewali się, że może to wywołać przesunięcie całej struktury, to w rzeczywistości stało się coś zupełnie innego.
Doszło do wzbudzenia fal Kelvina, a autorzy przełomu doszukują się podstaw ogłoszonego sukcesu we właściwościach nadcieczy. Mianem tych ostatnich określa się stan materii, w którym ciecze wykazują brak lepkości. Dzieje się tak w skrajnie niskich temperaturach i sprawia, że substancja osiągająca nadciekłość nie doświadcza tarcia, a co za tym idzie – utraty energii.
Fala Kelvina została uwieczniona i generowana w kontrolowany sposób za sprawą eksperymentu wykorzystującego hel-4 schłodzony do temperatury bliskiej zera absolutnego
Na potrzeby eksperymentów ich autorzy wykorzystali hel-4, który wykazuje nadciekłość w temperaturze -270,98 stopni Celsjusza. To niewiele wyższa wartość aniżeli najniższa występująca we wszechświecie, ponieważ mianem zera absolutnego określa się temperaturę -273,15 stopnia Celsjusza. Hel nie zamarza w takich warunkach, dzięki czemu stanowi idealnego kandydata na prowadzenie obserwacji poświęconych zjawisku nadciekłości.
Ostatnie działania Minowy i jego współpracowników rozpoczęły się od cienkiej linii, wokół której obraca się nadciekły hel, co może przywodzić na myśl tornado. Później do układu jest wprowadzane zaburzenie, a ze względu na kwantową naturę obrót linii jest skwantowany, co oznacza możliwość obracania się tylko przy określonych siłach.
Czytaj też: Takiej nadciekłości jeszcze nie było. W Chinach doszło do kwantowego przełomu!
W takich okolicznościach występował nietypowy ruch, w którym linia wirowa ulega skręcaniu. Nadciecz obraca się wtedy wokół wspomnianej spiralnej linii. O ile wcześniej oscylacje przypominające fale Kelvina obserwowano przypadkowo, tak tym razem inżynierom udało się realizować ten scenariusz w sposób celowy.
Później członkowie zespołu badawczego testowali różne częstotliwości wzbudzenia w celu określenia zachowania fal. Osiągnięcie kontrolowanego wzbudzenia fal Kelvina w nadciekłym helu-4 oraz stworzenie trójwymiarowej ich rekonstrukcji dały autorom pewność, że dokonali przełomu. Jako że opisywane fale odgrywają istotną rolę w procesach transferu i rozpraszania energii w różnego rodzaju układach kwantowych, to poczynione postępy powinny przynieść szereg korzyści.