|
Квантовые торнадо в ранней Вселенной объяснят возникновение галактик
|
|
|
|
Команда специалистов, состоящая из 44 физиков и химиков из США, Германии и Китая, изучила свойства сверхтекучести (то есть движения без трения) микрокапель жидкого гелия. Вращение таких объектов напомнило ученым природные «торнадо»; как считают некоторые авторы, аналогичным образом могла вести себя материя на ранних этапах эволюции Вселенной. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться, например, на сайте Стэнфордского линейного ускорителя.
|
|
|
|
Ученые обнаружили, что сверхтекучая жидкость в микрокапле движется круговым образом. Вращение происходило с частотой до двух миллионов оборотов в секунду и приводило к деформации капли к форме толстого диска.
|
 |
|
Специалисты заметили, что, с одной стороны, деформация капли напоминает таковую у Земли вследствие ее вращения вокруг своей оси. С другой стороны в капле со сверхтекучим веществом наблюдается появление множества вихрей. В микрокаплях вихри упакованы до ста тысяч раз плотнее, чем в каплях большего размера.
|
|
|
|
Таким образом сочетание вращения сплющенной капли как целого с равномерно распределенными в ней вихрями приводит к тому, что диск со сверхтекучей жидкостью выдерживает достаточно большие скорости вращения, при которых он не разрушается.
|
|
|
|
Специалисты работали с гелием-4 — изотопом гелия (с двумя протонами и двумя нейтронами), который при температуре ниже ?271 градусов Цельсия переходит в сверхтекучее состояние. Если такое вещество поместить в открытый сосуд, то через некоторое время он начнет вытекать из него.
|
|
|
|
Свои наблюдения ученые проводили с использованием техники фемтосекундной рентгеновской томографии. Для этого в вакуумную камеру со скоростью около 200 метров в секунду впрыскивались капли, которые за счет испарения части гелия охлаждались. Пройдя несколько миллиметров, вещество в таких каплях охлаждалось до сверхтекучего состояния и сразу же облучалось разером (рентгеновским лазером — квантовым генератором в рентгеновском диапазоне) с фемтосекундной частотой импульсов.
|
|
|
|
Вращение вещества ученые наблюдали, анализируя дифракцию рентгеновского излучения от капель. Чтобы заметить вихри в каплях, ученые в жидкий гелий добавили атомы ксенон, которые рассеивают излучение сильнее, чем гелий, и тем самым дают возможность наблюдать вихревое движение явно.
|
|
|
|
Специалисты изучали вращение одиночных капель сверхтекучего жидкого гелия, содержащих от ста миллионов до ста миллиардов атомов. Размеры таких микрокапель составляли от 0,2 до двух тысячных долей миллиметра.
|
|
|
|
Работа ученых, как считается, поможет лучше понять не только сверхтекучесть, но и сверхпроводимость (при которой электрическое сопротивление падает до нуля), а также образование конденсата Бозе-Эйнштейна — коллективного образования из бозонов (класса частиц к которым относятся, например, фотоны — кванты света), находящихся в основном состоянии (то есть с минимальной энергией) и проявляющих себя как одна макроскопическая частица. Иногда такое образование называют пятым состоянием вещества после твердого, жидкого, газообразного и плазмы.
|
|
|
|
Некоторые физики предполагают, что спустя небольшое время после начала Большого взрыва вещество Вселенной было похоже на сверхтекучую жидкость. По их мнению, появление флуктуаций в виде вихрей могло привести к образованию ранних галактик. В дальнейшем ученые планируют изучить механизм кластеризации в микрокаплях и роль вихрей в нем.
|
|
|
|
http://lenta.ru/news/2014/08/22/helium/
|
