Физики впервые увидели квантовый дождь: очень холодный газ может вести себя как жидкость

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, пишет Interesting Engineering.

Как выяснили физики, поверхностное натяжение может заставить чрезвычайно холодные атомарные газы распадаться на квантовые капли. Это довольно редкое явление, поскольку квантовые газы в миллионы раз менее плотные, чем жидкости, и обычно не имеют поверхностного натяжения, которое необходимо для удержания капель вместе. Образование квантовых капель указывает на то, что при таких низких плотностях происходит что-то очень необычное.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Поверхностное натяжение — тенденция жидкости сжиматься до минимально возможной площади поверхности. Это сила сцепления на поверхности жидкости, которая притягивает ее молекулы вместе, уменьшая площадь поверхности. Это происходит потому, что молекулы на поверхности сильнее притягиваются друг к другу, чем к воздуху над ними.

В результате жидкость образует формы, подобные каплям, чтобы минимизировать площадь поверхности. Это явление отвечает за появление капель росы, мыльных пузырей и капель дождя. В некоторых случаях поверхностное натяжение приводит к капиллярной нестабильности, то есть возмущениям в потоках жидкости, которые в конечном итоге заставляют жидкость распадаться на отдельные капли.

Известной формой капиллярной нестабильности является неустойчивость Плато–Рэлея. Она описывает, как цилиндрический поток жидкости становится нестабильным из-за поверхностного натяжения и распадается на капли. Это можно увидеть в струях воды, которые распадаются на капли во время падения.

Поверхностное натяжение и капиллярную нестабильность обычно можно увидеть в обычных жидкостях. Но теперь физики впервые увидели их появление в чрезвычайно холодной смеси атомов калия и рубидия. Впервые у атомарного газа было обнаружено такое поведение.

Физики обнаружили, что при охлаждении квантового газа, в данном случае смеси атомов калия и рубидия, до температуры близкой к абсолютному нулю (минус 273,15 градуса Цельсия), он оставался в газообразной форме, но при этом имел свойства жидкости и создавал одну квантовую каплю.

После этого ученые поместили каплю в созданный лазером путь, где она вытянулась в тонкую линию. Вытянутая квантовая капля, которая была растянута сверх критической длины, становилась нестабильной и распадалась на более мелкие капли.

Физики изучили этот процесс с помощью моделирования и экспериментов и обнаружили тип капиллярной нестабильности в действии. Ученые увидели, что распад квантовой капли происходил способом, похожим на неустойчивость Плато–Рэлея обычных жидкостей. По словам физиков, еще никогда неустойчивость Плато–Рэлея ранее не наблюдалась в атомарных газах.

По словам ученых, их открытие углубляет понимание необычной жидкой фазы вещества и показывает потенциал для создания массивов квантовых капель, которые могут быть полезны при создании будущих квантовых технологий. Результаты исследования могут помочь создать новые методы управления квантовой материей и способствовать разработке новых материалов.

Как уже писал Фокус, через 4 года произойдет самое редкое космическое событие в нашей жизни. 13 апреля 2029 года огромный астероид приблизится к Земле на расстояние, которое меньше, чем орбита некоторых спутников. Астероид под названием (99942) Апофис не врежется в Землю, но он может стать реальной угрозой для нас в будущем. Поэтому у ученых есть уникальный шанс, который как они считают, выпадает раз в 1000 лет, чтобы изучить огромный астероид.