«Сверхтвердость» гелия - оровергнутая гипотеза

Установка, использовавшаяся в 2004 году для
доказательства существования

Установка, использовавшаяся в 2004 году для доказательства существования "сверхтвердости" для гелия.

17.10.2012 (9:40)
Просмотров: 3262
Рейтинг: 0.60
Голосов: 5

Теги:
гелий, сверхтвёрдость, атом,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Еще в 2004 году американские ученые-экспериментаторы сделали предположение о существовании состояния «сверхтвердость» у кристаллического гелия, в чем-то напоминающего «сверхтекучесть» для жидкого состояния. Предполагалось, что в атомарном масштабе это свойство обеспечит гелию возможность «проходить сквозь стены». Но, спустя 8 лет, повторные эксперименты, выполненные той же научной группой, но с более высокой точностью и учетом всех замечаний коллег, не подтвердили первоначального предположения. Как оказалось, полученные ранее данные были неправильно интерпретированы. Правда, стоит отметить, что неправильная гипотеза стала поводом для развития измерительной техники, а также целого научного направления, изучающего влияние квантовых состояний атомов кристаллической решетки на макроскопические свойства объекта.

Согласно теории, предложенной в 2004 году учеными из Pennsylvania State University (США), твердый гелий может обладать очень неожиданным свойством: группы атомов его кристаллической решетки могут проходить через обычные твердые тела. Сообщение о том, что подобные группы атомов удалось получить на практике, в 2004 году взбудоражило все научное сообщество. Свойство получило название «сверхтвердости» по аналогии со «сверхтекучестью» для жидкого состояние.

В своей работе 2004 года американские ученые использовали вращающийся с частотой около 1 КГц осциллятор, представляющей собой диск на стержне. Диск осциллятора был заполнен материалом, имеющим наноразмерные поры, куда был введен гелий. После подготовки субстанции, образец охлаждался до долей градуса по шкале Кельвина и помещался в камеру под высоким давлением, чтобы сформировать кристаллический гелий. После этого изучались изменения колебаний осциллятора.

Как показали результаты того эксперимента, сверхтвердому гелию «не нравятся» изменения момента, происходящие во время колебаний. Поэтому, если сверхтвердое состояние существует, доля твердого гелия не перемещается в пространстве вместе с диском. А чем меньше материала находится в движении, тем меньший период колебаний имеет вся система. Эти изменения частоты и были обнаружены на эксперименте, причем, не только этой научной группой. Лаборатории по всему миру сообщали о похожих результатах.

В 2007 году та работа была подвергнута критике ученых из University of Alberta (Канада). Они считали, что в системе нельзя считать весь гелий «сверхтвердым», т.е. он имеет определенную «эластичность» и сопротивляется вращению. Таким образом, период колебаний будет уменьшаться и без наличия движущейся массы. Подобный «упругий эффект» является проблемой для сравнительно больших объемов гелия, которые не могут сформировать идеальный кристалл, формируя так называемые дислокации. Их влияние на период колебаний полностью подавляет любые вклады от сверхтвердости (если они существуют). Поры использованного в первом эксперименте материала слишком малы для образования подобных дефектов. Правда, это не воспринималось научным миром, как доказательство их отсутствия, поскольку определенные погрешности могли быть в конструкции всей системы.

В результате многочисленных споров вокруг этой проблемы американские ученые приняли решение повторить свой первоначальный эксперимент. Полностью переработав вращающийся осциллятор и предприняв все меры для устранения описанной выше «эластичности», они не получили никакого подтверждения существования «сверхтвердости». Фактически, эксперименты поставили точку на почти десятилетних спорах научных групп по всему миру. Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Сами ученые утверждают, что время не было потрачено впустую. «Охота» на сверхтвердость привела к принципиально новым исследованиям, в частности, развитию изучения зависимости макроскопических свойств объектов от квантовых состояний атомов.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:







Rambler's Top100