ICFO-onderzoekers creëerden een nieuw type vloeistof, 100 miljoen keer meer verdund dan water en 1 miljoen keer dunner dan lucht. de experimenten, gepubliceerd in Wetenschap , exploiteren een fascinerend kwantumeffect om druppeltjes van deze exotische fase van materie te produceren.

Vloeistoffen en gassen zijn twee verschillende fasen van materie. Terwijl gassen verdund zijn, samendrukbaar en nemen de grootte van hun container, vloeistoffen zijn dicht, een vast volume hebben en, in kleine hoeveelheden, druppeltjes vormen. Dit zijn ensembles van deeltjes die aan zichzelf gebonden blijven, en hebben een vrij oppervlak dat hen scheidt van de omgeving. Door de temperatuur te verhogen, het is mogelijk om een ​​faseovergang tussen vloeistof en gas te induceren. Dit gebeurt er als je water kookt in een pan.

Maar zijn gassen altijd verdund en vloeistoffen altijd dicht? Hoewel onder normale omstandigheden het antwoord op deze vraag ja is, dingen kunnen heel anders worden bij ultra-lage temperaturen. In een recente studie gepubliceerd in Wetenschap , ICFO-onderzoekers creëerden een vloeistof die 100 miljoen keer meer verdund is dan water en 1 miljoen keer dunner dan lucht.

Het team koelde een gas van kaliumatomen af ​​tot -273,15 graden Celsius, heel dicht bij het absolute nulpunt. Hoewel bij deze temperaturen de atomen gedragen zich als golven en volgen de regels van de kwantummechanica, ze behouden nog steeds een intrinsieke eigenschap van een gas:ze zetten uit zonder insluiting. In tegenstelling tot, wanneer twee van dergelijke gassen met elkaar worden gemengd en elkaar aantrekken, de atomen vormen in plaats daarvan vloeibare druppeltjes. Cesar Cabrera, eerste auteur van de studie, zegt, "In veel opzichten, onze kaliumdruppels lijken erg op die van water:ze hebben hun eigen grootte en vorm, waar we ze ook neerzetten, maar ze zijn veel kouder en hun eigenschappen zijn kwantum."

Inderdaad, het bestaan ​​van deze vloeistofdruppels is volledig te wijten aan kwantumfluctuaties, een fascinerend intrinsiek kwantumeffect. Verder, dankzij de kwantummechanica, de atomen die een druppel vormen, kunnen daarin niet volledig in rust blijven. Dit is verboden door het onzekerheidsprincipe van Heisenberg. Zo blijven ze in eeuwigdurende beweging, wat leidt tot een kwantumdruk die zeer kleine druppeltjes onstabiel maakt en ze verdampt tot een expanderend gas. Prof. Leticia Tarruell zegt, "Deze druppeltjes zijn fascinerende macroscopische objecten:ook al bestaan ​​ze uit duizenden deeltjes, hun gedrag wordt nog steeds volledig bepaald door kwantumfluctuaties en correlaties. Door de faseovergang tussen vloeistof en gas te observeren, we meten heel precies deze verrassende kwantumeffecten."

De unieke combinatie van verdunning en "kwantumheid" maakt kwantumvloeistofdruppels een ideaal testbed om kwantumsystemen die zijn gemaakt van veel interagerende deeltjes beter te begrijpen, en de kenmerken begrijpen die ze delen met vloeibaar helium, neutronensterren of andere complexe materialen.