Физики создали сверхтекучее твердое тело

Твердую, жидкую и газообразную фазы вещества, а также плазму знают практически все. Однако этим их список далеко не исчерпывается, и в экзотических (для нас) условиях существуют и другие фазы – такие как сверхтекучее твердое тело. Теоретически предсказанная более полувека назад, эта фаза до сих пор ни разу не наблюдалась на практике.

В 2009 году американские ученые предложили эксперимент с получением сверхтекучего твердого тела, частицы которого «пойманы» и охлаждены почти до абсолютного нуля между лазерными лучами оптической решетки. Однако попытки реализовать такой эксперимент закончились неудачей. Громкое заявление о получении сверхтекучего твердого рубидия, сделанное Дэном Стемпер-Курном (Dan Stamper-Kurn) на конференции Американского физического общества, после тщательной проверки также оказалось не слишком надежным свидетельством.

Частицы сверхтекучего твердого тела организованы в кристаллическую решетку и действительно сохраняют твердость. Однако оно демонстрирует и некоторые несвойственные обычному твердому телу свойства – в частности нулевую вязкость и отсутствие внутреннего трения. Предсказано, что гелий-4 может переходить в такое состояние при температуре в несколько нанокельвин. Многообещающая попытка получить его была предпринята группой Мозеса Чена (Moses Chan) из Пенсильванского университета в 2004 году. Однако позднее воспроизвести и подтвердить эти результаты не удавалось, а известный специалист в этой области Джон Реппи (John Reppy) нашел полученным Ченом данным и другое объяснение, без участия сверхтекучести твердого состояния. В итоге все проведенные эксперименты по получению такой фазы вещества до сих пор остаются спорными.

Однако теперь с заявлениями о наблюдениях этой экзотической фазы выступили сразу две группы ученых. Отчеты о своих экспериментах команда Нобелевского лауреата Вольфганга Кеттерле (Wolfgang Ketterle) из Массачусетского технологического института и команда Тобиаса Доннера (Tobias Donner) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха представили на сервисе препринтов arXiv (1, 2).

Обе группы, работая независимо друг от друга, использовали конденсат Бозе – Эйнштейна, еще одну экзотическую фазу, получать которую в лаборатории сегодня можно достаточно легко. В этом состоянии бозоны находятся на минимальных энергетических уровнях, позволяя квантовым эффектам проявляться на макроскопическом уровне (за первую экспериментальную демонстрацию бозе-конденсата в 1995 г. Вольфганг Кеттерле как раз и получил Нобелевскую премию). В этот раз ученые из США и Швейцарии создавали в бозе-конденсате гелия-4 упорядоченные изменения плотности, как «виртуальную» кристаллическую решетку, притом что вещество в целом оставалось жидким и демонстрировало сверхтекучесть.

Памятуя проблемы предыдущих исследований, ни Кеттерле, ни Доннер не спешат публиковать свои отчеты в «больших» журналах, ожидая проверки полученных результатов независимыми группами и экспертами. Однако уже авторитет нобелиата из Массачусетского технологического института – да и его швейцарского коллеги – позволяет вполне обоснованно считать, что на этот раз сверхтекучее твердое тело все-таки будет получено.