Międzynarodowy zespół naukowców badający zachowanie bardzo rozcieńczonego gazu kwantowego poinformował właśnie o zaobserwowaniu w trakcie eksperymentów zachowania, które… nie jest niczym dziwnym dla tradycyjnych cieczy, a którego nikt się nie spodziewał w gazie kwantowym. Chodzi o tak zwaną niestabilność kapilarną.
O napięciu powierzchniowym cieczy słyszał chyba każdy. Jest ono wynikiem oddziaływań międzycząsteczkowych i jego zadaniem jest zminimalizowanie powierzchni cieczy. To właśnie dzięki napięciu powierzchniowemu powstają bańki mydlane, czy najzwyklejsze krople deszczu. Jednym z efektów istnienia napięcia powierzchniowego jest wspomniana wyżej niestabilność kapilarna, która z kolei sprawia, że cienki strumień cieczy rozpada się na pojedyncze krople pod wpływem np. grawitacji. Takie zachowanie może wydawać się trywialne, ale jego pełne zrozumienie może mieć wymierne korzyści w wielu zastosowaniach przemysłowych, nanotechnologicznych, czy nawet biomedycznych.
Czytaj także: Osiągnięto najniższą temperaturę na Ziemi. Stworzono ultrazimny gaz kwantowy
O ile jednak zachowanie klasycznych cieczy może nam się wydawać intuicyjne, o tyle jednak zrozumienie zachowania gazów kwantowych z intuicją nie ma nic wspólnego. W ekstremalnie schłodzonym środowisku, przy temperaturach bliskich zera absolutnego, gazy atomowe przestają się zachowywać jak zbiorowisko pojedynczych cząsteczek. Panowanie nad nimi przejmuje mechanika kwantowa, która sprawia, że w określonych warunkach zaczynają one naśladować zachowanie cieczy, choć nadal są gazami.
W toku badań prowadzonych na przestrzeni ostatnich lat naukowcy opanowali sztukę manipulowania oddziaływaniami międzyatomowymi. W ten sposób badacze nauczyli się tworzyć swoiste krople ultrazimnego gazu, które swoim zachowaniem przypominają klasyczne ciecze. Owe kwantowe krople, które stabilizowane są przez efekty kwantowe, zachowują się tak, jak by były klasycznymi kroplami.
W ramach najnowszego eksperymentu naukowego, naukowcy pracujący pod kierownictwem Alessii Burchianti z Cnr-Ino postanowili przyjrzeć się pojedynczej kropli kwantowej zbudowanej z mieszanki ultrazimnych atomów potasu i rubidu. Także i tutaj okazało się, że gaz kwantowy zachowuje się po prostu jak ciecz. Po uwolnieniu kropla najpierw rozciągnęła się w długie włókno, a po przekroczeniu krytycznej długości, rozpadło się na mniejsze krople. Mało tego, liczba powstałych w ten sposób kropel była zależna od długości włókna gazu w momencie rozpadu.
Czytaj także: Fizycy stworzyli jednowymiarowy gaz. To, jak tego dokonali jest nawet bardziej niesamowite
Uzyskane w ten sposób dane eksperymentalne zostały wprowadzone do symulacji numerycznych, których zadaniem było przeanalizowanie zachowania gazu kwantowego. Ku zdumieniu badaczy, symulacje wykazały, że gaz kwantowy zachowuje się jak klasyczna ciecz lub też nadciekły hel. Nigdy wcześniej takiego efektu nie obserwowano w przypadku gazu atomowego.
Naukowcy podkreślają, że to zaskakujące odkrycie może mieć praktyczne zastosowanie. Wiedza o zachowaniu kropli gazu kwantowego może posłużyć bowiem do opracowania metody wytwarzania podstawowych komponentów przyszłych technologii kwantowych, które będą wykorzystywały nietypowe zachowanie gazu kwantowego.