ICFO -forskare skapade en ny typ av vätska 100 miljoner gånger mer utspädd än vatten och 1 miljon gånger tunnare än luft. Experimenten, publicerad i Vetenskap , utnyttja en fascinerande kvanteffekt för att producera droppar av denna exotiska fas av materia.

Vätskor och gaser är två olika faser av materia. Medan gaser är utspädda, komprimerbara och ta storleken på sin behållare, vätskor är täta, har en fast volym och, i små mängder, bilda droppar. Dessa är ensembler av partiklar som förblir bundna av sig själva, och har en fri yta som skiljer dem från miljön. Genom att höja temperaturen, det är möjligt att inducera en fasövergång mellan vätska och gas. Detta är vad som händer när man kokar vatten i en kastrull.

Men är gaser alltid utspädda och vätskor alltid täta? Även om svaret på denna fråga under normala förhållanden är ja, saker kan bli väldigt olika vid ultralåga temperaturer. I en ny studie publicerad i Vetenskap , ICFO -forskare skapade en vätska 100 miljoner gånger mer utspädd än vatten och 1 miljon gånger tunnare än luft.

Teamet kylde ner en gas av kaliumatomer till -273,15 grader Celsius, mycket nära absolut noll. Även om vid dessa temperaturer, atomerna beter sig som vågor och följer kvantmekanikens regler, de bevarar fortfarande en egen egenskap hos en gas:De expanderar i avsaknad av inneslutning. I kontrast, när två sådana gaser blandas ihop och lockar varandra, atomerna bildar istället flytande droppar. Cesar Cabrera, första författaren till studien, säger, "I många avseenden, våra kaliumdroppar liknar mycket vatten:De har sin egen storlek och form, oavsett var vi lägger dem, men de är mycket kallare och deras egenskaper är kvant. "

Verkligen, förekomsten av dessa flytande droppar beror helt på kvantfluktuationer, en fascinerande inneboende kvanteffekt. Vidare, på grund av kvantmekanik, atomerna som bildar en droppe kan inte ligga helt i vila inuti den. Detta är förbjudet av Heisenbergs osäkerhetsprincip. De förblir alltså i evig rörelse, vilket leder till ett kvanttryck som gör mycket små droppar instabila och förångar dem till en expanderande gas. Professor Leticia Tarruell säger, "Dessa droppar är fascinerande makroskopiska föremål:även om de består av tusentals partiklar, deras beteende är fortfarande helt bestämt av kvantfluktuationer och korrelationer. Genom att observera fasövergången mellan vätska och gas, vi mäter mycket exakt dessa överraskande kvanteffekter. "

Den unika kombinationen av spädbarhet och "kvantitet" gör kvantvätskedroppar till en idealisk testbädd för att bättre förstå kvantsystem som består av många interagerande partiklar, och förstå funktioner de delar med flytande helium, neutronstjärnor eller andra komplexa material.