Nya teorier om metalliska supervätskor ger kvantfysiken nytt blod
Dagens teknikutveckling förutsätter allt större kunskaper om kvanteffekter, de fenomen som uppträder på elektron- och atomnivå. Detta ökar kraven på att bättre förstå hur materia beter sig vid de extrema tryck och låga temperaturer där kvanteffekter blir särskilt viktiga. KTH-forskaren Egor Babaev publicerar nu nya rön om metalliska supervätskor som ytterligare bidrar till utvecklingen.
På senare år har den tekniska utvecklingen snabbt närmat sig gränsen där mikrovärldens lagar, dvs. kvanteffekter, blir allt viktigare. Detta ställer krav på bättre förståelse för materia vid dessa extrema förhållanden. Särskilt viktigt är det kollektiva beteendet hos system som består av många partiklar under sådana förhållanden, så kallade kvantvätskor. Egor Babaev, som nu publicerar sina resultat i Nature Physics, förutsäger att det flytande metalliska tillståndet hos väte pekar på en ny klass av kvantvätskor.
– Kvantvätskor, som supraledare och supervätskor, är speciellt viktiga i fysiken eftersom de på ett synligt sätt ger uttryck för mikrovärldens lagar. I kvantvätskorna uppför sig ett enormt antal partiklar synkroniserat enligt mikrovärldens lagar, vilket gör det möjligt att direkt observera dessa lagar i ett laboratorium. Många principer för fysikens mikrovärld har klargjorts genom experimentella studier av supervätskor och supraledare. En förutsägelse om en ny sorts kvantvätska och dess experimentella observation utvidgar våra kunskaper om detta viktiga område, säger han.
I sin forskning kring egenskaperna hos flytande metalliska tillstånd hos väte har han funnit att dessa inte alls följer de mönster man intuitivt skulle tro, utan visar egenskaper som motsäger klassisk fysik. När du rör om i en tekopp med en sked flödar teet runt i omrörningsrikningen. I metalliskt väte, som förutsätter mycket högt tryck, leder istället kvanteffekter till att protonerna flödar runt i motsatt riktning mot omrörningen. Dessa resultat förutsäger alltså en ny klass av supervätskor – metalliska supervätskor.
Redan tidigare har det diskuterats att väteatomerna förstörs om de utsätts för 4 miljoner atmosfärers tryck – tryck som inom en inte så avlägsen framtid kan åstadkommas i laboratorier. Dessa tryck väntas frigöra protonerna från de medföljande elektronerna och resultera i en metallisk vätska av elektroner och protoner. Man tror att trycken i det inre av Jupiter och Saturnus är så höga att dessa till stor del består av flytande metalliskt väte, som i så fall är det vanligaste ämnet i vårt planetsystem.
– Även om Jupiter och Saturnus är sammansatta av i huvudsak flytande metalliskt väte så är troligen temperaturerna för höga för att det flytande metalliska vätet där ska bete sig som en kvantvätska. Det är dock mycket troligt att temperaturen i några av de nyligen upptäckta 200 extrasolära planeterna är så låg att metallisk superfluiditet kan uppkomma, vilket skulle leda till mycket specifika magnetosfärer hos planeterna.
Kvantvätskor som supraledare, det vill säga material utan elektrisk resistans, och supervätskor har varit centrala områden i fysiken under lång tid. Tretton Nobelpris har delats ut inom området sedan 1913. I dag är fem sorters kvantvätskor kända: supraledare, superflytande gaser, vätskor och solider, samt kvant Hall-system. Den aktuella forskningen föreslår alltså en sjätte – metalliska supervätskor.
Artikeln i Nature Physics: Violation of the London Law and Onsager-Feynman quantization in two-component superconductors”
Kontaktinformation
Kontakt
Egor Babaev, 0735737349, babaev@kth.se
