في تجربة رائدة ، لاحظ الفيزيائيون لأول مرة ظاهرة سائلة كلاسيكية في الغازات الكمومية ، وعدم الاستقرار الشعري. من خلال تبريد خليط من ذرات البوتاسيوم والروبيديوم إلى ما يقرب من الصفر المطلق ، ابتكر الباحثون قطرات صغيرة ذاتية الارتباط تتصرف مثل السوائل بينما لا تزال في الطور الغازي. عند التمدد ، تنقسم هذه القطرات الكمومية إلى قطرات أصغر ، تحاكي العملية التي يتحلل بها تيار من الماء إلى قطرات.

في مختبر الخلط الكمي التابع للمعهد الوطني للبصريات (CNR-INO) ، لاحظ باحثون من CNR وجامعة فلورنسا والمختبر الأوروبي للتحليل الطيفي غير الخطي (LENS) ظاهرة سائلة معروفة - عدم الاستقرار الشعري - في وسط غير عادي - غازات كمومية فائقة التخفيف.

يوفر هذا الاكتشاف رؤى جديدة حول سلوك المادة في ظل الظروف القاسية وقد يؤدي إلى طرق جديدة للتحكم في السوائل الكمومية. كما أجريت الدراسة ، التي نشرت في رسائل المراجعة الفيزيائية ، بمشاركة علماء من جامعات بولونيا وبادوفا وإقليم الباسك (UPV / EHU).

في الفيزياء الكلاسيكية ، ينشأ التوتر السطحي من القوة المتماسكة بين جزيئات السائل ، مما يقلل من مساحة سطح السائل. هذا التأثير مسؤول عن الظواهر اليومية مثل قطرات المطر وفقاعات الصابون. يمكن أن يؤدي التوتر السطحي أيضا إلى عدم استقرار الشعيرات الدموية (المعروف أيضا باسم عدم استقرار براتو رايلي) ، حيث يتحلل التيار الناعم إلى قطرات. يعد فهم هذه العملية أمرا بالغ الأهمية لمجالات مثل التصميم الصناعي والطب الحيوي وتكنولوجيا النانو.

تعيد المحاكاة العددية للتجربة إنتاج ديناميكيات تجزئة القطرة الكمومية. مصدر الصورة: CNR-INO

عندما يتم تبريد الغازات الذرية إلى ما يقرب من الصفر المطلق ، يبدأ سلوكها في اتباع قواعد ميكانيكا الكم. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن تعمل هذه الغازات فائقة البرودة مثل السوائل ، حتى لو كانت لا تزال في مرحلة الغاز بشكل صارم. في السنوات الأخيرة ، أتقن العلماء كيفية تعديل التفاعلات بين الذرة بدقة لإنشاء قطرات تشبه السائل ذاتية الارتباط. يتم تثبيت هذه القطرات بواسطة التأثيرات الكمومية ولها بعض الخصائص نفسها مثل القطرات الكلاسيكية.

استخدم الفريق التجريبي ، بقيادة الباحثة في Cnr-Inno أليسيا بوركيانتي ، تقنيات التصوير والتحكم بصريا لدراسة التطور الديناميكي للقطرات الكمومية الفردية الناتجة عن مزيج من ذرات البوتاسيوم والروبيديوم شديدة البرودة. يتم إطلاق القطرات في الدليل الموجي البصري وتمتد لتشكيل خيوط تتحلل إلى قطرات أصغر عند تجاوز الطول الحرج. يتناسب عدد القطرات الفرعية مع طول الفتيل عند كسره.

"من خلال الجمع بين التجارب والمحاكاة العددية ، تمكنا من وصف ديناميكيات تجزئة القطرات الكمومية من حيث عدم استقرار الشعيرات الدموية. يعد عدم استقرار براتو رايلي ظاهرة شائعة في السوائل الكلاسيكية وقد لوحظ أيضا في الهيليوم فائق السوائل ، ولكن ليس في الغازات الذرية. وقالت كيارا فورت، الباحثة في معهد الأمم المتحدة الإنمائي المشاركة في الدراسة. توفر القياسات التي أجريت في مختبرنا نظرة ثاقبة لهذه المرحلة السائلة بالذات وتفتح الطريق لإنشاء مصفوفات قطرات كمومية يمكن استخدامها في تكنولوجيا الكم في المستقبل. وأضاف لوكا كافيتشيولي ، المؤلف الرئيسي والباحث في Cnr-Ino.

編譯自 / ScitechDaily