Благородный газовый гелий становится жидкостью в минус 269 градусов Цельсия. Ниже минус 271 градус квантовый эффект происходит, через который жидкий гелий теряет все внутреннее трение и становится супержидким.
В этом экзотическом государстве это может даже сползать стены. Исследовать динамику супержидкого гелия, ученые Сделанные рентген крошечные нанокапельки гелия с тем, что в настоящее время является самым сильным лазером рентгена в мире, Источник Когерентного света Линейного ускорителя LCLS в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии.
Производство холодных капелек с в среднем только 0,2 к 2 тысячным частям миллиметра не было никакой легкой задачей. Ученые распылили жидкий гелий через прекрасный носик в вакуумную палату. Часть гелия испарилась на пути, и остающаяся часть снижения продолжала охлаждаться из-за испаряющего охлаждения. «После расстояния немногих миллиметров снижения достигли супержидкого государства и были поражены интенсивной вспышкой лазера рентгена далее вниз по течению», объясняет ученый DESY Дэниел Ролльз из Центра Науки Лазера на свободных электронах CFEL, совместное средство, которым управляет DESY, Университет Гамбурга и Общество Макса-Планка.Особенно подробная запись образцов рассеивания рентгена нанокапелек была сделана возможным использованием ЛАГЕРЯ экспериментальной вакуумной палатой, развитой Max Planck Group в Гамбурге в CFEL. «В ЛАГЕРЕ есть два больших датчика, которые могут даже зарегистрировать отдельные фотоны и могут определить их энергию очень точно», подчеркивает Бенджамин Эрк CFEL. «Датчики создают серию 120 изображений в секунду, делая так».
«Исследования изображений показывают, что удивительное количество снижений не было сферическим как ожидалось, но потянулось продольно быстрым вращением», говорит Ролльз. «На самом деле некоторые снижения обладали большим количеством формы, напоминающей массивное колесо с двумя почти параллельными сторонами». Вращение происходит от расширения жидкого гелия в носике, через который они входят в экспериментальную палату. Капельки вращали до четырнадцати миллионов раз в секунду – намного быстрее, чем нормальное круглое снижение могло противостоять согласно законам классической физики.
Из-за быстрого вращения, крошечные «квантовые вихри» сформировались в нанокапельках, напоминающих о миниатюрном джакузи, циркулирующем вокруг утечки ванны. Это явление уже наблюдалось в больших единицах супержидкого гелия, но было сейчас обнаружено в нанокапельках впервые.
Как наблюдается ранее, вихри формируют обычную решетку. «В нанокапельках квантовые вихри удивительно в 100,000 раз более плотно упакованы, чем в больших образцах супержидкого гелия, которые были ранее изучены», говорит Вилесов.«Что мы наблюдали в этом эксперименте, действительно удивительно», вызывает co-лидерство стресс у Кристофера Бостедта SLAC.
Третье co-преимущество эксперимента, Оливер Джесснер от Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, добавляет: «Теперь, когда мы показали, что можем обнаружить и характеризовать квантовое вращение в нанокапельках гелия, будет важно понять свое происхождение и, в конечном счете, попытаться управлять им».