Gas fermion superfluid berputar dicucuk dengan pusaran. Kredit gambar: MIT. Klik untuk membesarkan.
Para saintis MIT telah mengakhiri supercool dalam perlumbaan yang panas di antara ahli fizik: Mereka telah menjadi yang pertama mencipta jenis bahan baru, gas atom yang menunjukkan kelembapan suhu tinggi.
Karya mereka, yang akan dilaporkan dalam edisi Alam 23 Juni, berkait rapat dengan superkonduktiviti elektron dalam logam. Pemerhatian terhadap superfluid dapat membantu menyelesaikan persoalan lama mengenai superkonduktiviti suhu tinggi, yang mempunyai aplikasi meluas untuk magnet, sensor dan pengangkutan elektrik yang cekap tenaga, kata Wolfgang Ketterle, pemenang Nobel yang mengetuai kumpulan MIT dan siapa John D. MacArthur Guru Besar Fizik.
Melihat gas superfluid dengan begitu jelas adalah langkah dramatik sehingga Dan Kleppner, pengarah MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms, mengatakan, "Ini bukan senjata merokok untuk kelembapan berlebihan. Ini adalah meriam. "
Selama beberapa tahun, kumpulan penyelidik di seluruh dunia telah mengkaji gas sejuk yang disebut atom fermionik dengan tujuan utama untuk mencari bentuk superfluiditi baru. Gas superfluid dapat mengalir tanpa rintangan. Ia dapat dibezakan dengan jelas dari gas biasa ketika diputar. Gas normal berputar seperti objek biasa, tetapi superfluid hanya dapat berputar apabila membentuk pusaran yang serupa dengan puting beliung mini. Ini memberi kemunculan superfluid berputar keju Swiss, di mana lubang adalah inti puting beliung mini. "Ketika kami melihat gambar pertama pusaran muncul di layar komputer, itu sangat mengagumkan," kata pelajar siswazah Martin Zwierlein ketika mengingatkan pada malam 13 April, ketika pasukan pertama kali melihat gas superfluid. Selama hampir satu tahun, pasukan ini berusaha membuat medan magnet dan sinar laser sangat bulat sehingga gas dapat diatur secara berputar. "Ia seperti menggeser lekukan roda untuk membuatnya bulat sempurna," jelas Zwierlein.
"Dalam superfluid, dan juga pada superkonduktor, zarah bergerak dalam langkah terkunci. Mereka membentuk satu gelombang mekanik kuantum besar, ”jelas Ketterle. Pergerakan seperti itu membolehkan superkonduktor membawa arus elektrik tanpa rintangan.
Pasukan MIT dapat melihat pusaran superfluid ini pada suhu yang sangat sejuk, ketika gas fermionik disejukkan hingga sekitar 50 milyar darjah Kelvin, sangat hampir dengan sifar mutlak (-273 darjah C atau -459 darjah F). "Mungkin terdengar aneh untuk memanggil superfluiditas pada 50 nanokelvin superfluiditi suhu tinggi, tetapi yang penting ialah suhu dinormalisasi oleh ketumpatan zarah," kata Ketterle. "Kami kini telah mencapai suhu tertinggi yang pernah ada." Dengan skala ketumpatan elektron dalam logam, suhu peralihan superfluida dalam gas atom akan lebih tinggi daripada suhu bilik.
Anggota pasukan Ketterle adalah pelajar siswazah MIT Zwierlein, Andre Schirotzek, dan Christian Schunck, yang semuanya adalah anggota Pusat Atom Ultracold, serta bekas pelajar siswazah Jamil Abo-Shaeer.
Pasukan ini mengamati superfluiditi fermionik dalam isotop lithium-6 yang terdiri daripada tiga proton, tiga neutron dan tiga elektron. Oleh kerana jumlah konstituen adalah ganjil, litium-6 adalah fermion. Dengan menggunakan teknik penyejukan laser dan penyejatan, mereka menyejukkan gas hampir kepada sifar mutlak. Mereka kemudian memerangkap gas di fokus sinar laser inframerah; medan elektrik dan magnet cahaya inframerah menahan atom di tempatnya. Langkah terakhir adalah memutarkan sinar laser hijau di sekitar gas untuk menjadikannya berputar. Gambar bayangan awan menunjukkan tingkah laku superfluidnya: Awan itu dicucuk oleh pelbagai pusaran biasa, masing-masing berukuran sama.
Karya ini didasarkan pada penciptaan Bose-Einstein kondensat kumpulan MIT sebelumnya, suatu bentuk bahan di mana zarah-zarah mengembun dan bertindak sebagai satu gelombang besar. Albert Einstein meramalkan fenomena ini pada tahun 1925. Para saintis kemudian menyedari bahawa pemeluwapan dan superfluidasi Bose-Einstein saling berkaitan.
Bose-Einstein pemeluwapan pasangan fermion yang terikat secara longgar sebagai molekul diperhatikan pada bulan November 2003 oleh pasukan bebas di University of Colorado di Boulder, University of Innsbruck di Austria dan di MIT. Walau bagaimanapun, memerhatikan pemeluwapan Bose-Einstein tidak sama dengan memerhatikan superfluiditi. Kajian lebih lanjut dilakukan oleh kumpulan-kumpulan ini dan di Ecole Normale Superieure di Paris, Duke University dan Rice University, tetapi bukti untuk superfluiditi adalah samar-samar atau tidak langsung.
Gas Fermi superfluid yang dibuat di MIT juga dapat berfungsi sebagai sistem model yang mudah dikendalikan untuk mengkaji sifat-sifat bentuk fermionik yang lebih padat seperti superkonduktor padat, bintang neutron atau plasma quark-gluon yang ada di alam semesta awal.
Penyelidikan MIT disokong oleh National Science Foundation, Office of Naval Research, NASA dan Army Research Office.
Sumber Asal: Siaran Berita MIT
