Et team af fysikere i Barcelona har skabt væskedråber 100 millioner gange tyndere end vand, der holder sig sammen ved hjælp af mærkelige kvantelovgivninger.
I et papir, der blev offentliggjort 14. december i tidsskriftet Science, afslørede forskere, at disse bizarre dråber dukkede op i den underlige, mikroskopiske verden af et lasergitter - en optisk struktur, der blev brugt til at manipulere kvanteobjekter - i et laboratorium på det spanske Institut de Ciències Fotòniques, eller Institute of Photonic Sciences (ICFO). Og det var ægte væsker: stoffer, der opretholder deres volumen uanset udvendig temperatur og danner dråber i små mængder. Det er i modsætning til gasser, der spreder sig for at fylde deres containere. Men de var langt mindre tæt end nogen væske, der findes under normale omstændigheder, og opretholdt deres flydende tilstand gennem en proces, der blev kendt som kvantefluktuation.
Forskerne afkølet en gas kaliumatomer afkølet til minus 459,67 grader Fahrenheit (minus 273,15 grader celsius), tæt på absolut nul. Ved den temperatur dannede atomerne et Bose-Einstein-kondensat. Det er en situation, hvor kolde atomer klumper sig sammen og fysisk begynder at overlappe hinanden. Disse kondensater er interessante, fordi deres interaktioner domineres af kvantelov, snarere end de klassiske interaktioner, der kan forklare opførslen hos de fleste store materialemasse.
Da forskere skubbede to af disse kondensater sammen, dannede de dråber, der bindes sammen for at fylde et defineret volumen. Men i modsætning til de fleste væsker, der holder deres dråbeformer sammen gennem de elektromagnetiske interaktioner mellem molekyler, holdt disse dråber deres former gennem en proces, der er kendt som "kvantefluktuering."
Kvantumsvingninger fremgår af Heisenbergs usikkerhedsprincip, der siger, at partikler i bund og grund er sandsynlige - de har ikke et energiniveau eller et sted i rummet, men snarere smurt over flere mulige energiniveauer og placeringer. Disse "udtværede" partikler fungerer lidt som om de springer rundt på deres mulige placeringer og energier og lægger et pres på deres naboer. Tilføj alle tryk fra alle partikler, der flyder, og du vil opdage, at de har en tendens til at tiltrække hinanden mere, end de frastøder hinanden. Denne attraktion binder dem sammen til dråber.
Disse nye dråber er unikke, da kvantumsvingninger er den dominerende virkning, der holder dem i deres flydende tilstand. Andre "kvantevæsker" som flydende helium demonstrerer denne effekt, men involverer også meget kraftigere kræfter, der binder dem meget tættere sammen.
Kaliumkondensatdråber domineres imidlertid ikke af disse andre kræfter og har meget svagt samvirke partikler, og spreder sig derfor over meget bredere rum - selv når de holder deres dråbeformer. Sammenlignet med lignende heliumdråber, skriver forfatterne, er denne væske to størrelsesordener større og otte størrelsesordener mere fortyndet. Det er en stor ting for eksperimenterne, skriver forskerne; kaliumdråber kan vise sig at være langt bedre model kvantevæsker til fremtidige eksperimenter end helium.
Kvantedråberne har dog deres grænser. Hvis de har for få atomer involveret, kollapser de og fordamper ind i det omgivende rum.
