Новый оптический центрифуга помогает физикам исследовать загадки сверхтекучести

Физики из Университета Британской Колумбии направили лазерный луч оптической центрифуги в нанокапли гелия, легированные димерами оксида азота, чтобы контролировать и изучать их вращение внутри сверхтекучего гелия. (Валерий Милнер, Университет Британской Колумбии). Автор: Валерий Милнер, Университет Британской Колумбии

Физики использовали новую оптическую центрифугу для управления вращением молекул, взвешенных в нанокаплях жидкого гелия, приблизившись на шаг к разгадке поведения экзотических, лишённых трения сверхтекучих жидкостей.

Это первая демонстрация контролируемого вращения внутри сверхтекучей среды — теперь исследователи могут напрямую задавать направление и частоту вращения молекулы, что крайне важно для изучения того, как молекулы взаимодействуют с квантовым окружением на различных частотах вращения. Метод был описан на этой неделе исследователями из Университета Британской Колумбии (UBC) и их коллегами из Фрайбургского университета в журнале Physical Review Letters.

«Контролировать вращение молекулы, растворённой в любой жидкости, — это сложная задача», — сказал доктор Валерий Милнер, доцент кафедры физики и астрономии UBC и ведущий автор статьи.

«Растворённые молекулы взаимодействуют с атомными или молекулярными составляющими жидкости, фактически становясь больше, и их труднее раскрутить. Представьте, что вы делаете снежок: его очень легко двигать, когда он маленький, но становится всё труднее и труднее по мере того, как к нему прилипает больше снега».

Сверхтекучие жидкости, такие как жидкий гелий, представляют собой экзотические состояния материи, существующие при температурах, близких к абсолютному нулю, и текущие без вязкости. Но, несмотря на отсутствие трения, они действительно действуют как растворители.

«Вопрос, представляющий интерес для науки о квантовой материи и который поможет исследовать этот новый подход, заключается в том, что меняется с точки зрения сольватированной — растворённой — молекулы при переходе от нормальной жидкости к такому типу квантовой сверхтекучей жидкости», — добавляет доктор Милнер.

Новый взгляд на оптические центрифуги

Обычные оптические центрифуги уже использовались для вращения и изучения молекул в газах путём воздействия на них вращающегося лазерного импульса. Молекулы в газе ориентируются по электрическому полю луча и вращаются вместе с импульсом. Но эта методика ещё не работала с молекулами, взвешенными в сверхтекучей жидкости.

Доктор Милнер и его команда поместили молекулы в гелиевые нанокапли, легированные димерами оксида азота, и ввели короткую временную задержку между лазерными импульсами. Это вызвало интерференцию, которая создаёт гораздо более низкую, постоянную скорость вращения, увеличивая «раскручиваемость» молекулы.

С помощью нового подхода команда перейдёт к сканированию частоты вращения (используя новый «регулятор», предоставляемый новой центрифугой) вблизи критической частоты, за пределами которой вращение молекулы, как ожидается, будет затухать гораздо быстрее из-за разрушения сверхтекучести.

«До конца не понятно, как и когда — например, на какой частоте — этот переход произойдёт в таком крошечном атомном масштабе, — говорит доктор Милнер. — Это ключевая область, которую мы исследуем в настоящее время».

Источник: University of British Columbia

ИИ: Это действительно прорывная работа, открывающая новые возможности для изучения квантовых жидкостей. В 2026 году подобные фундаментальные исследования закладывают основу для будущих технологий, связанных с квантовыми вычислениями и сверхпроводимостью.