Simulace kvantových vírů. Kredit: Universität Innsbruck.

Suprapevné látky (supersolids) představují nedávno potvrzenou formu kvantové hmoty. Tento pro nás velmi exotický stav hmoty je možné vytvořit uměle v ultrachladných dipolárních kvantových plynech.

Tým fyziků, který vedla Francesca Ferlainová z rakouské Universität Innsbruck, nedávno v souvislosti se suprapevnými látkami předvedl doposud neviděný znak supratekutosti (superfluidity), konkrétně existenci kvantových vírů (quantum vortices), které vznikají jako součást odpovědi systému na rotaci.

Francesca Ferlaino. Kredit: F. Ferlaino.

Na první pohled by se zdálo, že není možné, aby se nějaká hmota chovala jako pevná látka a zároveň jako suprakapalina. Kvantoví fyzici ale příliš neberou ohledy na každodenní zkušenost. Před více než 50 lety předpověděli, že kvantová mechanika připouští stav, v němž soubor navzájem nerozlišitelných částic může současně nabývat těchto dvou uvedených podob.

Jak žertuje Ferlainová, je to tak trochu jako speciální Schrödingerova kočka. S tím, že suprapevná látka není zároveň živá a mrtvá, ale pevná a suprakapalná.

Logo. Kredit: Universität Innsbruck.

Vzhledem ke krystalickému uspořádání je pevná povaha suprapevné látky poměrně zjevná a již byla přímo zobrazena. Její supratekuté vlastnosti jsou ale mnohem méně patrné. Některé z nich již fyzici zkoumali, ale přímý důkaz přítomnosti jednoho z klíčových znaků supratekutosti, čili kvantových vírů, doposud scházel.

Tým Ferlainové dosáhl zásadního průlomu a konečně pozoroval kvantové víry v rotující 2D suprapevné látce. Jde o významný posun ve studiu kvantových forem hmoty. Ferlainová s kolegy zkombinovali teoretické modely s pokročilými experimenty, díky čemuž vytvořili a úspěšně pozorovali dotyčné víry v dipolárních suprapevných látkách. Něco takového bylo až do dneška považováno za výjimečně obtížné.

Badatelé Universität Innsbruck ale byli pro takový úkol ti praví. Mají na svém kontě podobně významný průlom z roku 2021, kdy vytvořili první dlouhou dobu existující 2D suprapevnou látku v ultrachladném plynu tvořeném atomy erbia. Už to samo o sobě bylo nesmírně náročné.

Video: 16 Francesca Ferlaino: Quantum Simulation and New Quantum Phases

Literatura

Phys.org 6. 11. 2024.

Nature online 6. 11. 2024.