Fysiker från Lancaster University har fastställt varför föremål som rör sig genom superfluid helium-3 saknar en hastighetsgräns i en fortsättning på tidigare Lancaster-forskning.

Helium-3 är en sällsynt isotop av helium, där en neutron saknas. Det blir överflytande vid extremt låga temperaturer, möjliggör ovanliga egenskaper såsom brist på friktion för rörliga föremål.

Man trodde att hastigheten för föremål som rörde sig genom superfluid helium-3 var i grunden begränsad till den kritiska Landau-hastigheten, och att överskridande av denna hastighetsgräns skulle förstöra supervätskan. Tidigare experiment i Lancaster har funnit att det inte är en strikt regel och föremål kan röra sig med mycket högre hastigheter utan att förstöra det ömtåliga superfluidtillståndet.

Nu har forskare från Lancaster University hittat orsaken till avsaknaden av hastighetsgränsen:exotiska partiklar som fastnar på alla ytor i supervätskan.

Upptäckten kan styra tillämpningar inom kvantteknik, även kvantberäkning, där flera forskargrupper redan siktar på att använda dessa ovanliga partiklar.

För att skaka de bundna partiklarna i sikte, forskarna kylde superfluid helium-3 till inom en tiotusendels grad från absoluta nollpunkten (0,0001K eller -273,15°C). De flyttade sedan en tråd genom supervätskan med hög hastighet, och mätte hur mycket kraft som behövdes för att flytta tråden. Förutom en extremt liten kraft relaterad till att flytta de bundna partiklarna runt när tråden börjar röra sig, den uppmätta kraften var noll.

Huvudförfattaren Dr Samuli Autti sa:"Superfluid helium-3 känns som vakuum för en stav som rör sig genom den, även om det är en relativt tät vätska. Det finns inget motstånd, ingen alls. Jag tycker att det här är väldigt spännande."

Ph.D. Student Ash Jennings tillade:"Genom att få staven att ändra sin rörelseriktning kunde vi dra slutsatsen att staven kommer att döljas från supervätskan av de bundna partiklarna som täcker den, även när hastigheten är mycket hög.""De bundna partiklarna måste initialt flytta runt för att uppnå detta, och som utövar en liten kraft på staven, men när detta är gjort, kraften bara helt försvinner", sa Dr Dmitry Zmeev, som ledde projektet.

Lancasterforskarna inkluderade Samuli Autti, Sean Ahlström, Richard Haley, Ash Jennings, George Pickett, Malcolm Poole, Roch Schanen, Viktor Tsepelin, Jakub Vonka, Tom Wilcox, Andrew Woods och Dmitry Zmeev. Resultaten publiceras i Naturkommunikation .