A héliumkristályok súlytalanságban nőnek
Mielőtt elkezdenénk a szilárd héliumkristályok történetét, emlékeztetnünk kell arra, hogy miért általában szükségük van egy tudósra. Mint tudjuk, a folyékony, szilárd és gáz halmazállapotú különböző aggregátumállapotok között létezik egy olyan is, amelyet Bose-Einstein kondenzátumnak neveznek. Ilyen állapotban az anyag nem molekulákból és atomokból áll, hanem a bozonoktól az abszolút nullához közeli hőmérsékletekig hűl.
A Bose-Einstein-kondenzátum egyik érdekes tulajdonsága a szuperfluiditás - olyan állapot, amelyben nulla viszkozitás van, vagyis amikor különböző lyukakon halad át, vagy egyszerűen a felszín fölött, egyáltalán nem történik súrlódás. Tudja, ez a tulajdonság nagyon hasznos lehet. Ezenkívül bebizonyosodik, hogy szuperfluid állapotban az anyagok is magas hőmérsékletű szupravezetők lehetnek.
Röviden, ha a tudósok bármilyen probléma nélkül képesek lefordítani a szupravezető állapotban ismert anyagokat, sok probléma megoldható. De a baj az, hogy nehéz ezt megtenni. Ugyanakkor a múlt század hatvanas évekében azt javasolták, hogy egyes szilárd testek, különösen azok, amelyek kristályokat képeznek, rendelkezhetnek superfluiditással. És az első jelöltek az ilyen szerepre hívták a szilárd héliumkristályok, amelyek több mint 25 atmoszféra nyomás alatt alakultak ki.
Ez a tendencia azonban felismerte ígérő - az a tény, hogy a rubídium kemény munka. Bár ez a leggyakoribb a kéreg körülbelül 20-helyen (például réz, nikkel és cink), de a természete ez a fém létezik diszpergált állapotban képződése nélkül saját ásványok és találkozó elsősorban együtt más alkáli elemek, pl, kálium. Vagyis meglehetősen nehéz kivonni, ami nagyon drága az összes kutatást.
Emiatt a tudósok ismét úgy döntöttek, hogy visszatérnek a szeretett héliumhoz. De annak érdekében, hogy kivizsgálja a szilárd állapotban lévő szuperfluiditás tulajdonságát, először meg kell őrizni ezeket a kristályokat. Elvileg ez nem nehéz - ezért mindössze annyit kell tenned, hogy a nyomást 25 atmoszféra fölé emeljük, és csökkentse a hőmérsékletet -272 Celsius fokig. Többször megmutatták, hogy ilyen "fagyasztóban" a kristály csaknem másodperc alatt alakul ki. Azonban van még egy "de": amikor a héliumkristályok a gravitáció jelenlétében nőnek, könnyen deformálódnak. Ez erősen befolyásolja valamennyi tulajdonságát, beleértve a szuperfluidit.
És a közelmúltban Japánból származó tudósok egy nagyon eredeti módszert javasoltak ennek a problémának a megoldására - csak a kristályokat kell súlytalansággal növelni! És ez nem feltétlenül szükséges az űrben - a kutatók kísérletüket egy kis sugárhajtású síkra használták. Végül is bizonyos mozgási pályák, pl. Parabolikus repülés esetén, ez a repülőgép 20 másodpercig zéró gravitációs körülmények között lehet, ami elég ahhoz, hogy normális kristályt termeljen. Ennek eredményeképpen a fizikusok több mint 20 órányi repülés közben összesen nyolc kísérletet végeztek!
A kísérleteket a következők szerint végeztük: először a szokásos technológiával előállítottuk az elsődleges kristályokat, és miután a hélium-4 "cseppekkel" megszórták, ami már a szuperfluid állapotban volt. Mindez különleges fedélzeti hűtőszekrényben történt. Nagy hélium kristályokat helyeztünk az alsó magasnyomású kamrájába, majd egy akusztikus hullám eltörte, hogy apró darabokra törjön. Miután a szuperfluid helium-4-öt permetezték, a kisebb kristályok megolvadtak, míg a nagyobbak gyorsan növekedtek, és a teljes méretük körülbelül 10 mm volt.
Ennek eredményeként a kutatók képesek voltak teljes mértékben megfigyelni a kristályképződés folyamatát. Érdekes, hogy úgy nézett ki, mint egy úgynevezett Ostwald érlelés. A szokásos életben megfigyelhető a jégkrém példája: idővel nagyobb jégkristályokat adnak a jégkristályokhoz, és ennek eredményeként az egész termék kemény és éles lesz. De ebben az esetben az Oswald érés meglehetősen lassú, de a hélium hatása nagyon gyorsnak bizonyult - a folyamat másodperceket vett igénybe.