Suprakapalina. Kredit: : Lancaster University.

Helium-3, známé též jako tralfium, je lehký a vzácný izotop helia. Jeho jádro, jemuž se říká helion, obsahuje 2 protony a 1 neutron. Za extrémně nízkých teplot se stává supratekutým, díky čemuž získává speciální vlastnosti. Patří k nim i to, že se v takovém supratekutém heliu objekty pohybují bez tření.

Odborníci si nejprve mysleli, že když se supratekutým heliem-3 pohybuje nějaký objekt, tak je jeho rychlost omezená pod takzvanou kritickou Landauovu rychlost. Překročení této rychlosti bylo považováno za fatální s tím, že zničí dotyčnou suprakapalinu. Postupně se ale ukázalo, že to není tak úplně pravda. Z předešlých experimentů vyplynulo, že nejde o striktní omezení, a že se objekty v zásadě mohou pohybovat i rychlostí překračující kritickou Landauovu rychlost, aniž by došlo k rozložení křehké struktury suprakapaliny.

Samuli Autti. Kredit: Lancaster University.

Samuli Autti z britské Lancaster University a jeho spolupracovníci nedávno zjistili, co je toho příčinou. Je to kvůli exotickým částicím, či spíše kvazičásticím (thermal bulk quasiparticles), které jsou nalepené na všechny povrchy v suprakapalině. Tento objev by mohl mít řadu praktických aplikací ve kvantových technologiích, včetně kvantových počítačů. Kvantoví vývojáři se již v dnešní době snaží tyto kvazičástice využívat.

Lancaster University, logo.

Aby Autti a spol. mohli celou záležitost prostudovat, ochladili supratekuté helium-3 na jednu tisícinu stupně nad absolutní nulou. Pak vzali drát a velkou rychlostí s ním pohybovali skrz takto vytvořenou suprakapalinu. Během toho měřili, kolik síly je třeba k pohybu drátu. Na počátku pohybu drátu detekovali extrémně malou sílu, která souvisela s pohybem kvazičástic a jejich uspořádáváním podél drátu. A pak už nedetekovali nic. Drát se pohyboval zcela bez odporu.

Jak říká Autii, supratekuté helium-3 je pro pohybující se drát jako vakuum. Což je podle Autiiho docela síla, protože ve skutečnosti jde o relativně hustou kapalinu. Je to fascinující. Když zmíněný drát změní směr za vysoké rychlosti, tak zůstává „skrytý“ před suprakapalinou pod navázanými kvazičásticemi.

Literatura

Lancaster University 21. 9. 2020.

Nature Communications 11: 4742.