Mokslininkai atvėrė naują fizikos realybę: skamba kaip fantastika, bet jie sustabdė šviesą ir pavertė ją skysčiu

Ir ne tik sustabdėme – mes ją pavertėme medžiaga, kuri tuo pačiu metu yra tvirta kaip ledas ir teka kaip vanduo.Ir tuomet kyla tik vienas klausimas – ar tai apskritai įmanoma? Pasirodo, taip. Tarptautinė tyrėjų komanda sugebėjo iš šviesos padaryti tai, kas vadinama superskysta medžiagos būsena. 

Tai ne naujas LED apšvietimas ar kvantinis ekranas, tai iš esmės naujas supratimo apie medžiagą lygis. Visiškai kitoks pasaulis, kuriame viskas gali būti ir tvirta, ir laisvai judėti vienu metu.

Šviesa, kuri nebėga. Ji teka,  bet lieka vietoje

Vienas keisčiausių šio reiškinio aspektų yra tai, kad šviesa, kuri visą laiką buvo simbolis greičio ir judėjimo, čia tiesiog sustojo. Bet tuo pačiu ji ir teka. Ne iš kampo į kampą, o kažkaip tyliai juda savo struktūroje. Tai vadinama superskysčiu – būsena, kai medžiaga atrodo kaip kieta, tvarkingai išsidėsčiusi tinkleliu, bet jos dalelės juda be jokio pasipriešinimo. Visai kaip tie keisti sapnai, kuriuose stovi vietoje, bet judėjimas vis tiek vyksta. 

Iki šiol tokie reiškiniai buvo stebimi tik su tam tikromis atšaldytomis dujomis, tačiau dabar mokslininkai įtraukė į šį žaidimą šviesą.  Tiksliau – poliaritonus. Jie susidaro, kai šviesos dalelės (fotonai) susilieja su medžiagos viduje esančiais eksitonais, tai tokios trumpalaikės poros iš elektrono ir skylės. Ir štai, gimsta keistas hibridas, kuris elgiasi visai kitaip nei įprasta.

Laboratorijoje šviesa, kuri primena ledą

Kad viskas įvyktų, reikėjo sunkiai suvokiamos žemos temperatūros – beveik minus 273 laipsnių. Būtent tuomet dalelės nustoja blaškytis, o kvantiniai reiškiniai ima reikštis visa jėga.

Mokslininkai šią šviesos-materijos kombinaciją sugebėjo atšaldyti ir sudėlioti taip, kad poliaritonai pradėtų elgtis kaip superskysta struktūra – fiksuota, bet kartu slanki. Pavyko rasti tą siaurą ribą tarp struktūrinės tvarkos ir laisvės ir tai, švelniai tariant, gana stulbinantis rezultatas.

Kam išvis reikalinga tokia šviesa?

Pirmas atsakymas būtų: tai naujas kvantinės fizikos etapas. Bet ne mažiau svarbu ir tai, kokias galimybes tai atveria. Vienas laukiamiausių taikymų – kvantinė kompiuterija. Superskysčiai gali būti labai stabili terpė kvantiniams bitams, kurie dažnai kenčia nuo išorinių trikdžių. 

Taip pat šios struktūros galėtų būti naudojamos naujos kartos optiniuose įrenginiuose – tokiuose, kuriuose šviesą galima suvaldyti kaip norisi, be jokių nuostolių. Ir čia dar ne pabaiga. 

Panašūs kvantiniai reiškiniai, kaip manoma, vyksta ir ekstremaliose vietose, pavyzdžiui, neutroninėse žvaigždėse. Tad tokie laboratoriniai tyrimai gali padėti suprasti net tai, kas dedasi milijardus kilometrų nuo mūsų.

Kvantinės fizikos užkulisiai

Iki šiol buvo žinoma, kad superskysčiai pasitaiko labai retai, tik tam tikrose sąlygose. Dabar, kai tai pavyko padaryti iš šviesos, atsiveria naujas tyrimų etapas.

Šis eksperimentas parodė, kad kvantiniai efektai gali būti valdomi ne tik su atominėmis dalelėmis, bet ir su pačia šviesa. Tai reiškia, kad medžiagos savybės ne visada turi būti tokios, kokias jas pažįstame. Jos gali būti gerokai lankstesnės – pažodžiui ir perkeltine prasme.

Šviesa, kuri lieka vietoje, bet daro pokytį

Tai, kas buvo padaryta šio tyrimo metu, ne tik praplėtė mūsų žinias, bet sukūrė visiškai naują eksperimentavimo lygį. Šviesa, kuri visada atrodė kaip energijos simbolis, dabar tampa įrankiu kurti visiškai kitokias medžiagas. 

Ir nors visa tai atrodo kaip scenarijus iš kokio nors „Interstellar“, šiandien tai jau įrašyta į mokslinę realybę. O gal ir mūsų kasdienybėje anksčiau nei galvojame atsiras įrenginiai, kuriuose šviesa ne tik švies, bet ir judės be pasipriešinimo, be energijos nuostolių, tiesiog kaip pati tobuliausia forma.