Сверхтекучий гелий перетекает через стенку сосудаВ самых холодных лабораториях вселенной жидкость течет вверх, а твердые тела зависают в воздухе и проходят одно сквозь другое. Веками жулики и фокусники, шарлатаны и волшебники уверяли народ, что магические силы наделяют их сверхспособностями, вроде левитации и прохождения сквозь стены. И тетки с кринолином, зависающие над столами – еще не самое страшное из того, что они демонстрировали почтеннейшей публике лет так сто пятьдесят назад.

Впрочем еще и до этого мошенники и обманувшиеся изобретатели с гордостью представляли на суд высоких научных собраний вечные двигатели, способные творить немыслимые вещи, к примеру, заставить жидкость течь вверх без затрат энергии. И по сей день иллюзионисты заставляют твердые кольца сцепиться, пройдя одно сквозь другое. Но все это дешевые трюки по сравнению с реальностью.

            Охладите кусок металла или ведерко гелия до температур, близких к абсолютному нулю, и вы увидите, как металл левитирует над магнитом, а жидкий гелий течет вверх по стенкам содержащего его сосуда, — или даже, как твердые тела проходят одно сквозь другое. «Да, мы любим понаблюдать за этими явлениями в лаборатории», — положа руку на сердце, должны признаться ученые.

            Однако, все эти чудеса – не просто развлечение. Все эти странные феномены однажды могли бы помочь нам решить проблемы химии и биологии, избавить нас от энергетического кризиса, и возможно, даже раскрыть подлинную природу вселенной. Добро пожаловать в мир квантовых суперматериалов.

         И этот мир — очень холодный. Он существует в пределах нескольких градусов выше абсолютного нуля, самой низкой температуры из возможных. И хотя можно подумать, что мало что может происходить в этом замерзшем мире, — но это далеко не так. Это диковинный, почти сюрреалистичный мир, достойный пера Льюиса Кэрролла. Один из путей в этот мир лежит через охлаждение жидкого гелия до температуры чуть выше 2 Кельвин. Первое, что вам бросится в глаза, так это то, что можно раскрутить жидкий гелий, и он будет продолжать вращаться без остановки. Причина в том, что он находится в «сверхтекучем» состоянии, жидком состоянии с нулевой вязкостью.

            Другое интересное свойство этой супержидкости заключается в способности течь вверх по стенкам содержащего ее сосуда. Зачерпните плошку из контейнера со сверхтекучим гелием и он перетечет обратно в контейнер, поднявшись по стенкам плошки, перетекши через края и спустившись по внешней стороне.

             Хоть это и замечательное зрелище, но практической прибыли от этой победы над гравитацией не так уж много. По крайней мере, пока. Гораздо большую пользу приносит другое качество сверхтекучего гелия: его странные термические свойства. Достаньте обычную жидкость из холодильника, и она нагреется. С супержидкостью, однако, обычные правила неприложимы. Исследователям, работающие на Большом Адронном Коллайдере в ЦЕРНе (LHC) под Женевой, этот феномен помогает ускорять протоны. 120 тонн сверхтекучего гелия прокачиваются вокруг 27-микилометровой окружности самого большого в мире ускорителя, — и охлаждают тысячи магнитов, направляющих пучки частиц. Обычный жидкий гелий существенно нагрелся бы на протяжении этого пути. Но экстраординарные тепловые свойства сверхтекучей версии этой жидкости приводят к тому, что температура поднимается лишь на 0.1 К с каждым километром гигантского кольца. Без гелия-II, как еще называют эту супер-пупер-жидкость, было бы немыслимо создать самую большую в мире машину, на которую многие физики возлагают так много надежд.

            Ведь ЦЕРНовцы пытаются раскрыть самые сокровенные тайны замороченного мира элементарных частиц, подчиняющихся квантовым законам, и тем самым пролить свет на такие фундаментальные свойства вселенной, как пространство и время, происхождение различных типов взаимодействий и природа массы. И для этого им понадобилось воспользоваться одним из поразительных следствий тех же самых квантово-механических законов.

И не им одним – сами магниты LHC представляют собой, возможно, не меньшее чудо, чем охлаждающая их супержидкость.

GD Star Rating
loading...
Квантовые суперматериалы: сверхтекучий хладагент, 10.0 out of 10 based on 2 ratings

Добавить комментарий