Японські фізики виростили кристали гелію в невагомості

Група японських фізиків вирішила виростити кристали в умовах нульової гравітації. Вони зуміли подолати лабораторні обмеження, що існують для своєрідної динаміки вирощування кристалів гелію.


Результати цього експерименту представлені в Інституті фізики і опубліковані Новому фізичному журналі Німецького товариства фізиків. Вони допоможуть вченим виявити деякі фундаментальні фізичні аспекти створення таких кристалів, а також явища, які зазвичай приховані через вплив сили тяжіння.

Спочатку кристали були вирощені з використанням надвисоких тисків і наднизьких температур (-272 градуси за Цельсієм), потім їх збризкували "краплями" того ж гелію в надтекучому стані. Твердий гелій, як не парадоксально цю звучить, виявляє властивості надтекучої рідини. Надтекучість - особливий стан квантової матерії, коли вона веде себе як рідина, але при цьому володіє нульовою в'язкістю. Надтекучий речовина також може проходити через найтонші зазори абсолютно без тертя.

Провідний автор дослідження, професор Рюдзо Номура, сказав: "Кристали гелію можуть дуже швидко виростати з надтекучої матерії. Це ідеальний матеріал для вивчення фундаментальних властивостей таких кристалів, оскільки вони утворюються дуже і дуже швидко".

Звичайним класичним кристалам можуть знадобитися тисячі років для того, щоб прийняти остаточну форму. Гелій ж при низьких температурах утворює кристал за секунду. Однак коли кристали гелію ростуть при наявності гравітації, вони легко деформуються.
Щоб не використовувати дорогу космічну техніку, вчені використовували для експериментів невеликий реактивний літак. На певних траєкторіях, в параболічному польоті, літак знаходиться в умовах невагомості протягом 20 секунд. За 20 годин польотів вчені зуміли провести вісім експериментів.

На борту літака встановили невеликий спеціальний лабораторний холодильник. Великі кристали гелію розміщували в його нижній камері високого тиску, а потім дробили їх акустичною хвилею, щоб зруйнувати на дрібні шматочки. Потім бризкали надтекучим гелієм-4. Після цього кристалики меншого розміру плавилися, а великі само швидко росли, досягаючи 10 мм.

Утворення кристалів відбувалося завдяки процесу, відомому як Оствальдське дозрівання. У побуті ми спостерігаємо щось подібне у морозива - воно стає твердим і хрустким з часом, коли більш крупні кристали льоду ростуть за рахунок дрібних кристаликів. Однак Оствальдське дозрівання - процес повільний і ніколи раніше не був помічений в процесі вирощування таких великих кристалів за такий короткий період часу.


Останні новини