Mahibal-an ba naton ang tanan nga estado sa butang? Imbes nga tulo, lima ka gatos

Sa miaging tuig, ang media nagpakaylap sa impormasyon nga "usa ka matang sa butang ang mitungha," nga mahimong tawgon nga superhard o, pananglitan, mas kombenyente, bisan dili kaayo Polish, superhard. Gikan sa mga laboratoryo sa mga siyentipiko sa Massachusetts Institute of Technology, kini usa ka matang sa panagsumpaki nga naghiusa sa mga kabtangan sa mga solido ug superfluids - i.e. mga likido nga adunay zero viscosity.

Gitagna na kaniadto sa mga pisiko ang paglungtad sa usa ka supernatant, apan hangtod karon wala’y nakit-an nga parehas sa laboratoryo. Ang mga resulta sa pagtuon sa mga siyentipiko sa Massachusetts Institute of Technology gimantala sa journal Nature.

"Usa ka substansiya nga nagkombinar sa superfluidity ug solid nga mga kabtangan nagsupak sa sentido komon," ang lider sa grupo nga si Wolfgang Ketterle, propesor sa physics sa MIT ug 2001 Nobel Prize winner, misulat sa papel.

Aron masabtan kining nagkasumpaki nga porma sa butang, gimaniobra sa grupo ni Ketterle ang paglihok sa mga atomo sa usa ka supersolid nga estado sa laing lahi nga porma sa butang nga gitawag ug Bose-Einstein condensate (BEC). Si Ketterle usa sa mga nakadiskobre sa BEC, nga nakaangkon kaniya sa Nobel Prize sa Physics.

"Ang hagit mao ang pagdugang sa usa ka butang sa condensate nga hinungdan nga kini mahimong usa ka porma sa gawas sa 'atomic trap' ug makuha ang mga kinaiya sa usa ka solido," gipasabut ni Ketterle.

Gigamit sa research team ang mga laser beam sa usa ka ultra-high vacuum chamber aron makontrol ang paglihok sa mga atomo sa condensate. Ang orihinal nga hugpong sa mga laser gigamit sa pagbag-o sa katunga sa mga atomo sa BEC ngadto sa usa ka lahi nga spin o quantum phase. Busa, duha ka matang sa BEC ang namugna. Ang pagbalhin sa mga atomo tali sa duha ka condensates sa tabang sa dugang nga mga laser beam maoy hinungdan sa mga kausaban sa spin.

"Ang dugang nga mga laser naghatag sa mga atomo og dugang nga pagpausbaw sa enerhiya alang sa spin-orbit coupling," miingon si Ketterle. Ang resulta nga substansiya, sumala sa prediksyon sa mga physicist, kinahanglan nga "superhard", tungod kay ang mga condensate nga adunay conjugated nga mga atomo sa usa ka spin orbit mahimong mailhan pinaagi sa kusog nga "density modulation". Sa laing pagkasulti, ang densidad sa butang dili na mahimong makanunayon. Hinunoa, kini adunay usa ka hugna nga pattern nga susama sa usa ka kristal nga solid.

Ang dugang nga panukiduki sa mga superhard nga materyales mahimong mosangpot sa usa ka mas maayo nga pagsabot sa mga kabtangan sa mga superfluid ug superconductor, nga mahimong kritikal alang sa episyente nga pagbalhin sa enerhiya. Ang mga superhard mahimo usab nga yawe sa pagpalambo sa mas maayo nga superconducting magnet ug sensor.

Dili mga estado sa aggregation, apan mga hugna

Ang superhard state ba usa ka substance? Ang tubag nga gihatag sa modernong pisika dili kaayo yano. Nahinumduman nato gikan sa eskwelahan nga ang pisikal nga kahimtang sa butang mao ang nag-unang porma diin nahimutang ang substansiya ug nagtino sa batakang pisikal nga mga kabtangan niini. Ang mga kabtangan sa usa ka substansiya gitino pinaagi sa pagkahan-ay ug pamatasan sa mga sangkap nga molekula niini. Ang tradisyonal nga dibisyon sa mga estado sa butang sa ika-XNUMX nga siglo nagpalahi sa tulo sa maong mga estado: solid (solid), liquid (liquid) ug gas (gas).

Apan, sa pagkakaron, ang hugna sa butang daw mas tukma nga kahulugan sa mga porma sa paglungtad sa butang. Ang mga kabtangan sa mga lawas sa indibidwal nga mga estado nagdepende sa kahikayan sa mga molekula (o mga atomo) diin kini nga mga lawas gilangkoban. Gikan niini nga punto sa panglantaw, ang daan nga pagbahin ngadto sa mga estado sa paghugpong tinuod lamang alang sa pipila ka mga substansiya, tungod kay ang siyentipikanhong panukiduki nagpakita nga ang giisip kaniadto nga usa ka kahimtang sa panagtapok mahimong mabahin sa daghang mga hugna sa usa ka substansiya nga lahi sa kinaiyahan. pagsumpo sa partikulo. Adunay bisan mga sitwasyon nga ang mga molekula sa parehas nga lawas mahimong gihan-ay nga lahi sa parehas nga oras.

Dugang pa, kini nahimo nga ang solid ug likido nga mga estado mahimong matuman sa lainlaing mga paagi. Ang gidaghanon sa mga hugna sa butang sa sistema ug ang gidaghanon sa mga intensive variables (pananglitan, pressure, temperatura) nga mahimong mausab nga walay qualitative nga kausaban sa sistema gihulagway sa Gibbs phase nga prinsipyo.

Ang pagbag-o sa hugna sa usa ka substansiya mahimong manginahanglan sa suplay o pagdawat sa enerhiya - unya ang gidaghanon sa kusog nga mogawas mahimong proporsyonal sa masa sa sangkap nga nagbag-o sa yugto. Bisan pa, ang pipila nga mga pagbag-o sa yugto mahitabo nga wala’y input o output sa enerhiya. Naghimo kami usa ka konklusyon bahin sa pagbag-o sa yugto pinasukad sa usa ka lakang nga pagbag-o sa pipila nga mga kantidad nga naghulagway niini nga lawas.

Sa pinakalapad nga klasipikasyon nga gipatik hangtod karon, adunay mga lima ka gatos nga aggregate nga estado. Daghang mga substansiya, ilabina kadtong mga sagol sa lain-laing kemikal nga mga compound, mahimong dungan nga anaa sa duha o labaw pa nga mga hugna.

Ang modernong pisika kasagarang modawat ug duha ka hugna - liquid ug solid, nga ang gas phase maoy usa sa mga kaso sa liquid phase. Ang naulahi naglakip sa lain-laing mga matang sa plasma, ang nahisgotan na nga supercurrent nga hugna, ug ubay-ubay nga ubang mga estado sa butang. Ang mga solid nga hugna girepresentahan sa lainlaing mga porma sa kristal, ingon man usa ka amorphous nga porma.

Topological nga zawiya

Ang mga taho sa mga bag-ong "aggregate states" o lisud-sa-paghubit nga mga hugna sa mga materyales usa ka kanunay nga repertoire sa siyentipikong balita sa bag-ohay nga mga tuig. Sa parehas nga oras, ang pag-assign sa mga bag-ong nadiskobrehan sa usa sa mga kategorya dili kanunay kadali. Ang supersolid nga substansiya nga gihulagway sa sayo pa lagmit usa ka solidong hugna, apan tingali ang mga pisiko adunay lahi nga opinyon. Pipila ka tuig ang milabay sa usa ka laboratoryo sa unibersidad

Sa Colorado, pananglitan, usa ka tinulo ang gihimo gikan sa mga partikulo sa gallium arsenide - usa ka butang nga likido, usa ka butang nga solid. Kaniadtong 2015, usa ka internasyonal nga grupo sa mga siyentipiko nga gipangulohan sa chemist nga si Cosmas Prasides sa Tohoku University sa Japan nagpahibalo sa pagkadiskobre sa usa ka bag-ong kahimtang sa butang nga naghiusa sa mga kabtangan sa usa ka insulator, superconductor, metal, ug magnet, nga gitawag kini nga metal nga Jahn-Teller.

Adunay usab atypical "hybrid" aggregate states. Pananglitan, ang bildo walay kristal nga istruktura ug busa usahay giklasipikar nga "supercooled" nga likido. Dugang pa - mga likido nga kristal nga gigamit sa pipila nga mga pasundayag; putty - silicone polymer, plastik, pagkamaunat-unat o bisan brittle, depende sa rate sa deformation; super-sticky, self-flowing liquid (sa dihang nagsugod na, ang pag-awas magpadayon hangtud nga ang suplay sa likido sa ibabaw nga bildo mahurot); Ang Nitinol, usa ka nickel-titanium nga porma nga memory alloy, matul-id sa init nga hangin o likido kung gibawog.

Ang klasipikasyon nahimong mas komplikado. Gipapas sa modernong mga teknolohiya ang mga utlanan tali sa mga estado sa butang. Bag-ong mga nadiskobrehan ang gihimo. Ang 2016 Nobel Prize winners - David J. Thouless, F. Duncan, M. Haldane ug J. Michael Kosterlitz - konektado sa duha ka kalibutan: butang, nga mao ang hilisgutan sa pisika, ug topology, nga mao ang sanga sa matematika. Naamgohan nila nga adunay mga dili-tradisyonal nga mga pagbalhin sa hugna nga adunay kalabotan sa mga depekto sa topological ug dili tradisyonal nga mga hugna sa butang - mga yugto sa topological. Kini misangpot sa usa ka avalanche sa eksperimento ug teoretikal nga buhat. Kini nga avalanche kusog gihapon nga nag-agos.

Ang ubang mga tawo nakakita na usab sa XNUMXD nga mga materyales isip usa ka bag-o, talagsaon nga kahimtang sa butang. Nahibal-an namon kini nga matang sa nanonetwork - phosphate, stanene, borophene, o, sa katapusan, ang sikat nga graphene - sa daghang mga tuig. Ang nahisgutang mga mananaog sa Nobel Prize naapil, ilabina, sa topological analysis niining mga single-layer nga materyales.

Ang karaan nga siyensya sa mga estado sa butang ug mga hugna sa butang ingon og dugay na nga naabot. Labaw pa sa atong mahinumduman gikan sa mga leksyon sa pisika.