ሁሉንም የቁስ ሁኔታዎች እናውቅ ይሆን? ከሶስት አምስት መቶ ይልቅ

ባለፈው አመት ሚዲያው "የቁስ አይነት ተነሳ" የሚል መረጃ አሰራጭቷል, እሱም ሱፐር ሃርድ ወይም ለምሳሌ, የበለጠ ምቹ, ምንም እንኳን ያነሰ ፖላንድኛ, እጅግ በጣም ከባድ ተብሎ ሊጠራ ይችላል. በማሳቹሴትስ የቴክኖሎጂ ተቋም ውስጥ ከሚገኙት የሳይንስ ሊቃውንት ላቦራቶሪዎች የመጣ, የጠጣር እና የሱፐርፍሉይድ ባህሪያትን የሚያጣምር አይነት ተቃርኖ ነው - ማለትም. ዜሮ viscosity ያላቸው ፈሳሾች.

የፊዚክስ ሊቃውንት ቀደም ሲል የሱፐርኔታንት መኖር መኖሩን ተንብየዋል, ነገር ግን እስካሁን ድረስ በቤተ ሙከራ ውስጥ ምንም ተመሳሳይ ነገር አልተገኘም. በማሳቹሴትስ የቴክኖሎጂ ተቋም ውስጥ የሳይንስ ሊቃውንት የጥናቱ ውጤት ኔቸር በተሰኘው መጽሔት ላይ ታትሟል.

በ MIT የፊዚክስ ፕሮፌሰር እና የ2001 የኖቤል ሽልማት አሸናፊ የቡድን መሪ የሆኑት ቮልፍጋንግ ኬተርል "Superfluidity እና ጠንካራ ንብረቶችን የሚያጣምር ንጥረ ነገር የጋራ አስተሳሰብን ይቃወማል" ሲሉ ጽፈዋል።

ይህንን እርስ በርሱ የሚጋጭ የቁስ አካልን ለመረዳት፣ የኬተርል ቡድን የአተሞችን እንቅስቃሴ እጅግ በጣም ጠንካራ በሆነ ግዛት በሌላ ልዩ የቁስ አካል የ Bose-Einstein condensate (ቢኢሲ) ተጠቀመ። ኬተርል በፊዚክስ የኖቤል ሽልማትን ያስገኘለትን BECን ከፈጠሩት አንዱ ነው።

"ፈታኙ ነገር ኮንደንስቱ ላይ ከ'አቶሚክ ወጥመድ' ውጭ ወደ ቅርጽ እንዲቀየር እና የጠንካራ ባህሪያትን እንዲያገኝ የሚያደርግ ነገር መጨመር ነበር" ሲል Ketterle ገልጿል።

የምርምር ቡድኑ የሌዘር ጨረሮችን በመጠቀም እጅግ በጣም ከፍተኛ በሆነ የቫኩም ክፍል ውስጥ ኮንደንስቱ ውስጥ ያሉትን የአተሞች እንቅስቃሴ ለመቆጣጠር ተጠቅሟል። የመጀመሪያው የሌዘር ስብስብ የ BEC አተሞችን ግማሹን ወደ ተለየ ስፒን ወይም ኳንተም ምዕራፍ ለመቀየር ጥቅም ላይ ውሏል። ስለዚህ, ሁለት ዓይነት BECs ተፈጥረዋል. ተጨማሪ የሌዘር ጨረሮች በመታገዝ በሁለት ኮንደንስ መካከል የአተሞች ሽግግር የማሽከርከር ለውጦችን አስከትሏል።

"ተጨማሪ ሌዘር ለአቶሞች ስፒን-ኦርቢት ትስስር ተጨማሪ የኃይል ማበልጸጊያ ሰጥቷቸዋል" ሲል Ketterle ተናግሯል። በእሽክርክሪት ምህዋር ውስጥ የተጣመሩ አተሞች ያሉት ኮንደሴቶች በድንገተኛ “density modulation” ስለሚታወቁ የተገኘው ንጥረ ነገር እንደ የፊዚክስ ሊቃውንት ትንበያ “ከእጅግ የላቀ” መሆን ነበረበት። በሌላ አነጋገር የቁስ አካል ጥግግት ቋሚ መሆን ያቆማል። ይልቁንስ ከክሪስታል ጠጣር ጋር የሚመሳሰል የደረጃ ንድፍ ይኖረዋል።

እጅግ በጣም ጠንካራ በሆኑ ቁሳቁሶች ላይ የተደረገ ተጨማሪ ምርምር ስለ ሱፐርፍሎይድስ እና ሱፐርኮንዳክተሮች ባህሪያት የተሻለ ግንዛቤን ያመጣል, ይህም ለተቀላጠፈ የኃይል ማስተላለፊያ ወሳኝ ይሆናል. ሱፐርሃርድስ የተሻሉ እጅግ የላቀ ማግኔቶችን እና ዳሳሾችን ለማዘጋጀት ቁልፍ ሊሆን ይችላል.

የመደመር ሁኔታ ሳይሆን ደረጃዎች

ልዕለ ሃርድ ግዛት ንጥረ ነገር ነው? በዘመናዊ ፊዚክስ የተሰጠው መልስ በጣም ቀላል አይደለም. ከትምህርት ቤት እንደምናስታውሰው የቁስ አካላዊ ሁኔታ ቁስ አካል የሚገኝበት እና መሰረታዊ አካላዊ ባህሪያቱን የሚወስንበት ዋናው ቅርጽ ነው. የአንድ ንጥረ ነገር ባህሪያት የሚወሰኑት በተካተቱት ሞለኪውሎች አቀማመጥ እና ባህሪ ነው. የ XNUMX ኛው ክፍለ ዘመን የቁስ ግዛቶች ባህላዊ ክፍፍል ሶስት እንደነዚህ ያሉትን ግዛቶች ይለያል-ጠንካራ (ጠንካራ), ፈሳሽ (ፈሳሽ) እና ጋዝ (ጋዝ).

ይሁን እንጂ በአሁኑ ጊዜ የቁስ አካል የቁስ ሕልውና ቅርጾች ይበልጥ ትክክለኛ ፍቺ ይመስላል. በግለሰብ ግዛቶች ውስጥ ያሉ አካላት ባህሪያት እነዚህ አካላት በተፈጠሩት ሞለኪውሎች (ወይም አተሞች) አቀማመጥ ላይ የተመሰረቱ ናቸው. ከዚህ አንፃር፣ የድሮው የመደመር ሁኔታ ለአንዳንድ ንጥረ ነገሮች ብቻ እውነት ነው፣ ምክንያቱም ሳይንሳዊ ጥናት እንዳረጋገጠው ቀደም ሲል እንደ አንድ ነጠላ ሁኔታ ይቆጠር የነበረው በተፈጥሮው ወደሚለያይ ንጥረ ነገር በብዙ ደረጃዎች ሊከፋፈል ይችላል። ቅንጣት ውቅር. በአንድ አካል ውስጥ ያሉ ሞለኪውሎች በተመሳሳይ ጊዜ በተለያየ መንገድ ሊዘጋጁ የሚችሉበት ሁኔታዎችም አሉ.

ከዚህም በላይ ጠንካራ እና ፈሳሽ ግዛቶች በተለያዩ መንገዶች ሊከናወኑ እንደሚችሉ ታወቀ. በሲስተሙ ውስጥ ያሉ የቁስ አካላት ብዛት እና ከፍተኛ ተለዋዋጮች ብዛት (ለምሳሌ ፣ ግፊት ፣ ሙቀት) በስርዓቱ ውስጥ ያለ የጥራት ለውጥ ሊለወጡ የሚችሉት በጊብስ ደረጃ መርህ ተገልጸዋል።

የአንድ ንጥረ ነገር ደረጃ ለውጥ የኃይል አቅርቦትን ወይም መቀበልን ሊፈልግ ይችላል - ከዚያ የሚወጣው የኃይል መጠን ደረጃውን ከሚለውጠው ንጥረ ነገር ብዛት ጋር ተመጣጣኝ ይሆናል። ነገር ግን፣ አንዳንድ የደረጃ ሽግግሮች ያለ ሃይል ግብዓት ወይም ውፅዓት ይከሰታሉ። ይህንን አካል በሚገልጹ መጠኖች በተወሰነ ደረጃ የእርምጃ ለውጥ ላይ በመመርኮዝ ስለ ደረጃ ለውጥ አንድ መደምደሚያ ላይ እናደርሳለን።

እስከ ዛሬ በታተመው በጣም ሰፊ ምደባ ውስጥ ወደ አምስት መቶ የሚጠጉ አጠቃላይ ግዛቶች አሉ። ብዙ ንጥረ ነገሮች፣ በተለይም የተለያዩ የኬሚካል ውህዶች ድብልቅ የሆኑ፣ በአንድ ጊዜ በሁለት ወይም ከዚያ በላይ ደረጃዎች ሊኖሩ ይችላሉ።

ዘመናዊው ፊዚክስ ብዙውን ጊዜ ሁለት ደረጃዎችን ይቀበላል - ፈሳሽ እና ጠጣር ፣ ከጋዝ ደረጃው የፈሳሽ ደረጃ ጉዳዮች አንዱ ነው። የኋለኛው ደግሞ የተለያዩ የፕላዝማ ዓይነቶችን፣ ቀደም ሲል የተጠቀሰው እጅግ በጣም ከፍተኛ ደረጃ እና ሌሎች በርካታ የቁስ ሁኔታዎችን ያጠቃልላል። ድፍን ደረጃዎች በተለያዩ ክሪስታሎች ቅርጾች, እንዲሁም በአሞርፊክ መልክ ይወከላሉ.

ቶፖሎጂካል ዛውያ

የአዳዲስ "ድምር ግዛቶች" ሪፖርቶች ወይም ለመግለፅ አስቸጋሪ የሆኑ የቁሳቁስ ደረጃዎች በቅርብ ዓመታት ውስጥ የሳይንሳዊ ዜናዎች የማያቋርጥ ሪፖርቶች ናቸው። በተመሳሳይ ጊዜ አዳዲስ ግኝቶችን ለአንዱ ምድቦች መመደብ ሁልጊዜ ቀላል አይደለም. ቀደም ሲል የተገለፀው እጅግ በጣም ጠንካራ የሆነ ንጥረ ነገር ምናልባት ጠንካራ ደረጃ ነው, ነገር ግን ምናልባት የፊዚክስ ሊቃውንት የተለየ አስተያየት አላቸው. ከጥቂት አመታት በፊት በዩኒቨርሲቲው ላብራቶሪ ውስጥ

ለምሳሌ በኮሎራዶ ውስጥ ከጋሊየም አርሴንዲድ ቅንጣቶች - ፈሳሽ ነገር ፣ ጠንካራ የሆነ ጠብታ ተፈጠረ። እ.ኤ.አ. በ 2015 በጃፓን ቶሆኩ ዩኒቨርሲቲ በኬሚስት ኮስማስ ፕራሳይድስ የሚመራው ዓለም አቀፍ የሳይንስ ሊቃውንት ቡድን የኢንሱሌተር ፣ ሱፐርኮንዳክተር ፣ ብረት እና ማግኔት ባህሪያትን የሚያጣምር አዲስ የቁስ ሁኔታ መገኘቱን አስታውቋል ።

ያልተለመዱ “ድብልቅ” አጠቃላይ ግዛቶችም አሉ። ለምሳሌ, ብርጭቆ ክሪስታል መዋቅር የለውም ስለዚህም አንዳንድ ጊዜ "እጅግ በጣም ቀዝቃዛ" ፈሳሽ ተብሎ ይመደባል. ተጨማሪ - በአንዳንድ ማሳያዎች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉ ፈሳሽ ክሪስታሎች; putty - የሲሊኮን ፖሊመር ፣ ፕላስቲክ ፣ ላስቲክ ወይም አልፎ ተርፎም ተሰባሪ ፣ እንደ የመበላሸት መጠን ላይ በመመስረት። እጅግ በጣም የተጣበቀ, በራሱ የሚፈሰው ፈሳሽ (አንድ ጊዜ ከተጀመረ, በላይኛው ብርጭቆ ውስጥ ያለው ፈሳሽ አቅርቦት እስኪያልቅ ድረስ ከመጠን በላይ መጨመር ይቀጥላል); ኒቲኖል፣ የኒኬል-ቲታኒየም ቅርጽ የማስታወሻ ቅይጥ፣ በሚታጠፍበት ጊዜ በሞቃት አየር ወይም በፈሳሽ ውስጥ በቀጥታ ይወጣል።

ምደባው ይበልጥ ውስብስብ ይሆናል. ዘመናዊ ቴክኖሎጂዎች በቁስ አካላት መካከል ያለውን ድንበር ያጠፋሉ. አዳዲስ ግኝቶች እየተደረጉ ነው። የ 2016 የኖቤል ተሸላሚዎች - ዴቪድ ጄ ቶውለስ ፣ ኤፍ ዱንካን ፣ ኤም. Haldane እና ጄ. ሚካኤል ኮስተርሊትዝ - ሁለት ዓለማትን ያገናኙ-ቁስ ፣ የፊዚክስ ርዕሰ ጉዳይ እና ቶፖሎጂ ፣ እሱም የሂሳብ ቅርንጫፍ ነው። ከቶፖሎጂካል ጉድለቶች እና ከባህላዊ ያልሆኑ የቁስ ደረጃዎች ጋር የተዛመዱ ባህላዊ ያልሆኑ የደረጃ ሽግግሮች እንዳሉ ተገነዘቡ - ቶፖሎጂካል ደረጃዎች። ይህም የሙከራ እና የንድፈ ሃሳባዊ ስራን ጨልሟል። ይህ በረዶ አሁንም በከፍተኛ ፍጥነት እየፈሰሰ ነው።

አንዳንድ ሰዎች XNUMXD ቁሳቁሶችን እንደ አዲስ፣ ልዩ የቁስ ሁኔታ እንደገና እያዩ ነው። ይህን አይነት ናኖኔትዎርክ - ፎስፌት, ስታንቴን, ቦሮፊን, ወይም በመጨረሻም ታዋቂውን ግራፊን - ለብዙ አመታት አውቀናል. ከላይ የተጠቀሱት የኖቤል ተሸላሚዎች በተለይም በእነዚህ ነጠላ-ንብርብር ቁሳቁሶች ቶፖሎጂካል ትንተና ላይ ተሳትፈዋል።

የቁስ ስቴቶች እና የቁስ ደረጃዎች አሮጌው ዘመን ሳይንስ ብዙ ርቀት የተጓዘ ይመስላል። ከፊዚክስ ትምህርቶች ልናስታውሰው ከምንችለው በላይ።