Долгое время человечеству были известны лишь три фазы вещества – твердая, жидкая и газообразная. Впоследствии к ним добавилась плазма, а затем – и целый ряд фаз, существующих при экстремальных условиях, а то и просто «на кончике пера», как описанные теоретиками, но на практике никогда не найденные. К таким термодинамическим фазам относится и твердое тело со свойствами сверхтекучей жидкости – состояние, предсказанное Александром Андреевым и Ильей Лифшицем еще в конце 1960-х.
До сих пор экспериментальные попытки получить сверхтекучее твердое тело оставались либо спорными, либо просто неудачными. О новых опытах в журнале Nature сообщают сразу две (1, 2) группы ученых, причем команды из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Массачусетского технологического института (MIT) работали независимо и использовали разные подходы.
Разумеется, их заявления еще будут проверяться, а до сих пор все сообщения о получении сверхтекучего твердого тела оказывались опровергнуты. Однако пока эти публикации – самые надежные свидетельства из всех, что удавалось получить физикам. Они были представлены еще в ноябре 2016 г., однако лишь теперь прошли рецензирование и были опубликованы формально.
Путь к сверхтекучему твердому телу обе команды начали с конденсата Бозе — Эйнштейна – другого (и уже 20 лет получаемого в лаборатории) «экстремального» и сверхтекучего состояния вещества. В конденсат Бозе — Эйнштейна оно переходит при экстремально низких температурах, когда атомы оказываются в своих минимальных энергетических состояниях.
Швейцарцы для этого использовали рубидиевый газ, охлажденный почти до абсолютного нуля. Полученный таким способом конденсат Бозе — Эйнштейна превращался в сверхтекучее твердое тело с помощью зеркал и лазеров, за счет оптического резонанса. По данным Тилмана Эсслингера (Tilman Esslinger) и его коллег, вещество стало упорядоченным, сохранив сверхтекучие свойства. Американская команда, работающая под руководством Нобелевского лауреата Вольфганга Кеттерле (Wolfgang Ketterle), использовала атомы натрия, также охладив их для получения конденсата Бозе — Эйнштейна, а затем манипулируя их состоянием с помощью лазеров.
Скорой практической отдачи от этих экспериментов ждать не стоит. Сверхтекучее твердое тело существует лишь в труднодостижимых условиях, и пока неясно, какую пользу из него можно извлечь. Однако для науки весьма важна наша способность получать и такое «экзотическое» состояние вещества. «С помощью этих холодных атомов мы дополняем карту возможного в природе», – сказал по этому поводу Вольфганг Кеттерле.
Наука
Роман Фишман
