De term "supervloeibaar quasikristal" klinkt als iets dat een stripboekschurk zou kunnen gebruiken om zijn lafhartige plannen uit te voeren.

In werkelijkheid, het is een nieuwe vorm van materie voorgesteld door theoretische fysici van de Universiteit van Texas in Dallas in een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven . Hun studie beschrijft ook een "recept" voor het maken van de exotische materialen in het laboratorium.

De meeste mensen zijn bekend met de drie fundamentele toestanden van materie:vast, vloeistof en gas. Er zijn er eigenlijk nog meer, inclusief plasma, die zich in de zon en andere sterren bevindt, en Bose-Einstein condensaten, die zeer dicht zijn en alleen bestaan ​​bij de meest extreme koude temperaturen.

Een superfluïde is een exotische toestand van materie met ongewone eigenschappen. Het heeft een viscositeit van nul, wat betekent dat het over een oppervlak kan stromen en niet vertraagt ​​- of energie verliest - als gevolg van wrijving met het oppervlak. supervloeistoffen, zoals vloeibaar helium, moeten worden afgekoeld tot extreem lage temperaturen om dergelijke eigenschappen te laten ontstaan.

"Als je ochtendkoffie supervloeibaar was, en je roerde het met een lepel, je zou de lepel kunnen verwijderen en de koffie zou nooit stoppen met bewegen, " zei Dr. Chuanwei Zhang, hoogleraar natuurkunde aan de School of Natural Sciences and Mathematics en corresponderende auteur van de studie. "Gewone vloeistoffen zullen uiteindelijk stoppen door wrijving met de beker."

Zowel een superfluïde als een quasikristal

Ongeveer 50 jaar geleden, onderzoekers stelden een nieuw type materie voor dat de eigenschappen van een superfluïde combineerde met die van een vast kristal. Nagesynchroniseerd als een supersolid, het is pas de afgelopen jaren dat wetenschappers dat ongewone materiaal in het laboratorium hebben kunnen produceren.

"In de natuurkunde we hebben een zeer strikte definitie van wat een vloeistof is en wat een vaste stof is, " zei Zhang. "Vloeibaar water kan zich niet gedragen als een vaste stof, en vice versa. Ze kunnen met elkaar worden gemengd, bijvoorbeeld in een glas ijswater, maar het zijn nog steeds afzonderlijke vormen van materie."

In de wereld van de kwantumfysica, die beschrijft hoe materie zich gedraagt ​​op het niveau van atomen en individuele deeltjes, dit is niet altijd waar, zei Zhang.

"Een supervaste stof is een vloeistof die zonder wrijving stroomt en waarvan de atomen ook periodiek zijn gerangschikt, net zoals ze in een kristallijne vaste stof zijn, "zei hij. "Deze twee staten, die elkaar in ons dagelijks leven uitsluiten, kan tegelijkertijd bestaan ​​in hetzelfde fysieke materiaal in de kwantumwereld."

In hun nieuwe studie Zhang en zijn collega's stellen de volgende logische stap voor:een nieuw type materie voorstellen dat zowel een superfluïde als een quasikristal is.

een kristal, zoals tafelzout, heeft atomen die zijn gerangschikt in een zeer geordende, periodiek patroon dat onveranderd blijft wanneer u het roteert of herhaalt, zei Zhang. Een dambord kan worden gezien als een tweedimensionaal kristal. quasikristallen, anderzijds, zijn materialen waarvan de atomen geordend zijn en structuur hebben zoals in een kristal, maar hun rangschikking is niet periodiek - het herhaalt zich niet.

"Wij stelden de vraag kun je een nieuwe kwantummaterietoestand hebben die zowel een quasikristal als een superfluïde is?" zei Zhang.

Het antwoord is ja, tenminste van fysieke principes, zei Zhang.

Het materiaal dat Zhang en zijn collega's voorstellen, moet zonder wrijving stromen en tegelijkertijd een niet-periodieke, quasikristalstructuur.

"Dit is momenteel een theorie, maar in dit artikel stellen we een experimentele opstelling voor die lijkt op het experiment dat de eerste supervaste stoffen produceerde, " zei Zhang. "Het goede nieuws is, we zouden geen nieuwe technologie moeten uitvinden om dit materiaal daadwerkelijk te maken. Het gaat in feite om het schieten met lasers op een Bose-Einstein-condensaat."

Junpeng Hou, de hoofdauteur van de studie en een natuurkunde-promovendus aan de UT Dallas, zei dat het produceren van het materiaal nog steeds een uitdaging kan zijn.

"Het kan enkele jaren duren voordat nieuwe supervaste stoffen experimenteel worden gerealiseerd, " zei Hou. "Maar ik geloof dat ons systeem niet zo lang zou duren, misschien een of twee jaar."