Учени постигнаха невъзможното - създадоха материя от светлина, която е едновременно твърда и течна
В изумителен пробив, който звучи като научна фантастика, екип от изследователи за първи път в историята успя да превърне светлината в "супертвърдо тяло" – екзотично квантово състояние на материята, което едновременно притежава подредената кристална структура на твърдо тяло и способността да тече без никакво вътрешно триене (вискозитет), подобно на течност.
Това фундаментално постижение, публикувано в престижното списание Nature, не само разширява границите на познатата физика, но и открива напълно нови хоризонти за бъдещи технологии, включително квантови компютри и материали с нулево съпротивление.
Какво точно е "супертвърдо тяло"?
Представете си леден кристал. Той има перфектно подредена структура, но е статичен. Сега си представете вода, която тече свободно. Супертвърдото тяло съчетава най-доброто от двата свята в квантов мащаб. Частиците в него са подредени в твърда, повтаряща се решетка, но в същото време могат да се движат през тази решетка напълно свободно, без да губят енергия – явление, известно като суперфлуидност.
Това парадоксално поведение е възможно само при екстремни условия – температури, близки до абсолютната нула (-273.15 °C). При такъв студ топлинният "шум" изчезва и доминиращи стават странните закони на квантовата механика, които позволяват на частиците да проявяват свойствата си на вълни и да съществуват на няколко места едновременно.
Новият метод: Как светлината се превръща в материя?
Досега учените успяваха да създадат супертвърди тела само от ултрастудени атомни газове. Настоящият експеримент обаче използва напълно нов подход. Вместо атоми, изследователите са използвали поляритони.
Поляритоните са странни, хибридни квазичастици, които са наполовина светлина (фотон) и наполовина материя (ексцитон – двойка електрон-дупка в полупроводник). Чрез силно свързване на фотони с материя в оптичен резонатор, учените са принудили тези поляритони да се кондензират и да образуват супертвърда фаза. На практика те са "замразили" светлината в кристална структура, която обаче остава флуидна.
Защо това е революция и какви са приложенията?
Това откритие е много повече от научна екзотика. То предоставя уникална платформа за изследване на фундаментални квантови явления и отваря врати към редица практически приложения:
- Квантови компютри: Супертвърдите тела биха могли да послужат за създаването на изключително стабилни кюбити – основните градивни елементи на квантовите компютри. Твърдата им структура ще ги предпазва от външни смущения (декохеренция), докато флуидната им природа ще позволи лесното им манипулиране и взаимодействие за извършване на изчисления.
- Свръхпрецизни сензори: Квантовите състояния са изключително чувствителни към най-малките промени в околната среда. Устройства, базирани на супертвърди тела, биха могли да се използват за създаване на ново поколение гравитационни сензори, акселерометри и жироскопи с безпрецедентна точност.
- Квантови симулации: Тази нова система позволява на учените да симулират в лабораторни условия други сложни квантови системи, които са невъзможни за директно наблюдение, като например поведението на материята в неутронните звезди.
- Материали без триене и свръхпроводници: Въпреки че е далечна перспектива, способността за безпрепятствено движение на частици е в основата на свръхпроводимостта (движение на електрически ток без съпротивление). Изследването на супертвърдите тела може да даде ключови насоки за създаването на свръхпроводници, работещи при по-високи температури.
Създаването на супертвърдо тяло от светлина е гигантска стъпка напред, която доказва, че границите между светлина и материя могат да бъдат не само размити, но и използвани за създаването на изцяло нови технологии. Това е ярко напомняне, че квантовият свят крие още много изненади.
Коментари (0)