Một nhóm các nhà vật lý ở Barcelona đã tạo ra những giọt chất lỏng mỏng hơn 100 triệu lần so với nước giữ chúng lại với nhau bằng các định luật lượng tử kỳ lạ.
Trong một bài báo xuất bản ngày 14 tháng 12 trên tạp chí Science, các nhà nghiên cứu đã tiết lộ rằng những giọt nước kỳ quái này xuất hiện trong thế giới vi mô kỳ lạ của mạng tinh thể laser - một cấu trúc quang học được sử dụng để điều khiển các vật thể lượng tử - trong phòng thí nghiệm tại Viện Fotòn của Tây Ban Nha hoặc Viện Khoa học Quang tử (ICFO). Và chúng là chất lỏng thực sự: các chất duy trì thể tích của chúng bất kể nhiệt độ bên ngoài và tạo thành các giọt với số lượng nhỏ. Điều đó trái ngược với khí, chúng lan rộng để lấp đầy các thùng chứa của chúng. Nhưng chúng đậm đặc hơn nhiều so với bất kỳ chất lỏng nào tồn tại trong hoàn cảnh bình thường và duy trì trạng thái lỏng thông qua một quá trình được gọi là biến động lượng tử.
Các nhà nghiên cứu đã làm lạnh một loại khí nguyên tử kali được làm lạnh xuống âm 459,67 độ F (âm 273,15 độ C), gần bằng không. Ở nhiệt độ đó, các nguyên tử tạo thành ngưng tụ Bose-Einstein. Đó là trạng thái của các nguyên tử lạnh kết lại với nhau và bắt đầu chồng chéo về mặt vật lý. Những ngưng tụ này rất thú vị bởi vì các tương tác của chúng bị chi phối bởi các định luật lượng tử, thay vì các tương tác cổ điển có thể giải thích hành vi của hầu hết các khối lớn của vật chất.
Khi các nhà nghiên cứu đẩy hai trong số các ngưng tụ này lại với nhau, chúng tạo thành các giọt, liên kết với nhau để lấp đầy một thể tích xác định. Nhưng không giống như hầu hết các chất lỏng, giữ các hình dạng giọt của chúng lại với nhau thông qua các tương tác điện từ giữa các phân tử, những giọt này giữ hình dạng của chúng thông qua một quá trình được gọi là "dao động lượng tử".
Biến động lượng tử xuất hiện từ nguyên lý bất định của Heisenberg, trong đó tuyên bố rằng các hạt về cơ bản là xác suất - chúng không giữ một mức năng lượng hoặc vị trí trong không gian, mà thay vào đó là các mức năng lượng có thể. Những hạt "lấm lem" đó hoạt động giống như chúng đang nhảy xung quanh các vị trí và năng lượng có thể của chúng, gây áp lực lên hàng xóm của chúng. Cộng tất cả áp lực của tất cả các hạt thông lượng, và bạn sẽ thấy rằng chúng có xu hướng thu hút lẫn nhau nhiều hơn là đẩy nhau. Sự hấp dẫn đó gắn kết chúng lại với nhau thành những giọt nước.
Những giọt mới này là duy nhất trong đó dao động lượng tử là hiệu ứng nổi trội giữ chúng ở trạng thái lỏng. Các "chất lỏng lượng tử" khác như helium lỏng chứng minh hiệu ứng đó, nhưng cũng liên quan đến các lực mạnh hơn nhiều liên kết chúng chặt chẽ hơn với nhau.
Tuy nhiên, các giọt ngưng tụ kali không bị chi phối bởi các lực khác và có các hạt tương tác rất yếu, và do đó tự lan rộng ra các không gian rộng hơn nhiều - ngay cả khi chúng giữ hình dạng giọt nước của chúng. So với các giọt helium tương tự, các tác giả viết, chất lỏng này lớn hơn hai bậc và độ lớn hơn tám bậc. Đó là một vấn đề lớn cho các nhà thí nghiệm, các nhà nghiên cứu viết; Các giọt kali có thể tạo ra chất lỏng lượng tử mô hình tốt hơn nhiều cho các thí nghiệm trong tương lai so với helium.
Các giọt lượng tử có giới hạn của chúng mặc dù. Nếu chúng có quá ít nguyên tử liên quan, chúng sẽ sụp đổ, bốc hơi vào không gian xung quanh.
