Fizicienii au creat o stare exotică a materiei din molecule ultrareci. Se comportă ca o singură „superparticulă”

O echipă de fizicieni din China a reușit să creeze un condensat Bose–Einstein folosind molecule polare ultrareci de sodiu și rubidiu. Particulele au fost răcite până aproape de zero absolut și au început să se comporte colectiv, ca un singur sistem cuantic. Potrivit studiului publicat în Nature Physics, experimentul a produs condensate formate din aproximativ 500 de molecule și a permis chiar apariția unei picături cuantice care se menține singură.

Rezultatul este important deoarece asemenea condensate au fost obținute, în general, din atomi. Moleculele sunt mult mai greu de controlat. Ele au structuri interne complexe și pot dispărea în timpul coliziunilor produse pe măsură ce sunt răcite.

Moleculele au început să se comporte ca una singură

Un condensat Bose–Einstein apare atunci când particulele numite bosoni sunt răcite până la temperaturi extrem de apropiate de zero absolut. Mișcarea lor încetinește atât de mult încât stările cuantice încep să se suprapună.

Particulele nu mai pot fi descrise ca obiecte complet separate. Ele ajung să se comporte colectiv, asemenea unei singure „superparticule”. Fenomenele cuantice, observate în mod normal la scară microscopică, devin astfel vizibile într-un sistem mai mare.

Vezi și:

Pensia anticipată pentru femei în 2026. Ce acte trebuie depuse și când sunt necesare certificatele de naștere ale copiilor

Această formă exotică este inclusă printre numeroasele stări ale materiei descoperite de fizicieni. Ea diferă radical de solidele, lichidele, gazele și plasma întâlnite în viața obișnuită.

Primele condensate Bose–Einstein din gaze atomice au fost realizate în 1995. Cercetătorii au început apoi să urmărească același obiectiv cu molecule. Acestea oferă mai multe posibilități, deoarece au mișcări de rotație și vibrație, dar și momente dipolare electrice permanente.

Microundele au protejat moleculele în timpul răcirii

Cea mai mare problemă apare atunci când două molecule polare se apropie. Ele pot forma temporar un complex care dispare rapid din gazul ultrarece. Pierderea repetată a moleculelor împiedică răcirea eficientă și formarea condensatului.

Vezi și:

Cercetătorii au teleportat pentru prima dată o imagine prin 100 de canale cuantice simultan

Un nou experiment ar putea pune la încercare teoria gravitației a lui Einstein: cercetătorii vor să vadă cum „cade” o particulă exotică

Echipa de la Chinese University of Hong Kong și Institutul de Fizică Teoretică al Academiei Chineze de Științe a creat o barieră de protecție în jurul moleculelor. Cercetătorii au folosit două câmpuri de microunde reglate cu mare precizie.

Unul dintre câmpuri era polarizat circular și producea un dipol electric rotativ. Celălalt era polarizat liniar și genera un dipol oscilant. Combinația a permis controlarea interacțiunilor dintre molecule și a redus coliziunile care duceau la pierderea lor.

Moleculele de sodiu-rubidiu au fost apoi răcite prin evaporare. Cercetătorii au redus treptat intensitatea capcanei optice. Particulele cu cea mai mare energie au scăpat, iar cele rămase au ajuns la temperaturi tot mai mici.

Metoda seamănă cu răcirea unei cești de cafea prin eliminarea moleculelor cu cea mai mare energie. Diferența este că experimentul se desfășoară la temperaturi incredibil de mici și implică un control cuantic precis. Astfel de metode permit studierea unor efecte precum materia aflată simultan în stări neobișnuite.

Fizicienii au observat și o picătură cuantică

După formarea condensatului, echipa a ajustat interacțiunile dipolare dintre molecule. Sistemul a trecut dintr-o stare asemănătoare unui gaz într-o picătură cuantică. Aceasta a rămas legată fără să aibă nevoie de o capcană externă permanentă.

Picătura nu este un lichid obișnuit. Stabilitatea sa este determinată de echilibrul dintre interacțiunile atractive, cele repulsive și fluctuațiile cuantice. Cercetătorii vor să afle dacă moleculele sale formează o structură cu un singur strat.

Condensatul ar putea fi folosit pentru studierea materiei cuantice cu interacțiuni puternice și de lungă distanță. Atomii din condensatele tradiționale interacționează mai ales când ajung foarte aproape. Moleculele polare își pot influența vecinii de la distanțe mai mari.

Rezultatul poate contribui la dezvoltarea simulatoarelor cuantice, a senzorilor foarte sensibili și a unor modele mai bune pentru materia puternic corelată. Descoperirea se înscrie în aceeași zonă de cercetare cu experimentele în care lumina a fost transformată într-un supersolid.

Următorul obiectiv este crearea unui condensat mai mare și mai stabil. Aproximativ 500 de molecule sunt suficiente pentru demonstrarea fenomenului, dar nu permit analizarea tuturor proprietăților sale. Cercetătorii vor studia spectrul de excitație, tranziția dintre gaz și picătură și modul în care apare comportamentul colectiv în această nouă formă de materie cuantică.