Natuurkundigen van de Universiteit van Bonn zijn erin geslaagd een supergeleidend gas in een exotische staat te brengen. Hun experimenten geven nieuwe inzichten in de eigenschappen van het Higgs-deeltje, maar ook in fundamentele kenmerken van supergeleiders. de publicatie, die al online staat, verschijnt binnenkort in het journaal Natuurfysica .

Voor hun experimenten, wetenschappers van de Universiteit van Bonn gebruikten een gas gemaakt van lithiumatomen, die ze aanzienlijk afkoelden. Bij een bepaalde temperatuur de toestand van het gas verandert abrupt:het wordt een supergeleider die een stroom geleidt zonder enige weerstand. Natuurkundigen spreken ook van een faseovergang. Een soortgelijke plotselinge verandering vindt plaats met water wanneer het bevriest.

Het lithiumgas verandert in een meer geordende toestand bij de faseovergang. Dit omvat de vorming van zogenaamde Cooper-paren, dat zijn combinaties van twee atomen die zich naar buiten gedragen als een enkel deeltje.

Partner-dansende atomen

Deze paren gedragen zich fundamenteel anders dan individuele atomen:ze bewegen samen en kunnen dit doen zonder zich op andere atomen of paren te verspreiden. Dit is de reden voor de supergeleiding. Maar wat gebeurt er als je de paren probeert te prikkelen?

"We verlichtten het gas met microgolfstraling, " legt Prof. Dr. Michael Köhl van het Natuurkundig Instituut van de Universiteit van Bonn uit. "Hierdoor konden we een toestand creëren waarin de paren beginnen te trillen en de kwaliteit van de supergeleiding daarom zeer snel oscilleerde:het ene moment was het gas een goede supergeleider, de volgende een slechte."

Deze gemeenschappelijke oscillatie van de Cooper-paren komt overeen met het Higgs-deeltje dat in 2013 werd ontdekt in de CERN-versneller. Omdat deze toestand erg onstabiel is, slechts een handvol werkgroepen wereldwijd is erin geslaagd het te produceren.

De experimenten geven inzicht in bepaalde fysische eigenschappen van het Higgs-deeltje. Bijvoorbeeld, de natuurkundigen hopen dat ze met dit soort onderzoeken op middellange termijn het verval van dit extreem kortlevende deeltje beter kunnen begrijpen.

Snel schakelbare supergeleiders

Maar de experimenten zijn ook om een ​​andere reden interessant:ze tonen een manier om supergeleiding heel snel in en uit te schakelen. Supergeleiders proberen normaal gesproken zo lang mogelijk in hun geleidende toestand te blijven. Ze kunnen worden ontmoedigd door verwarming, maar dit is een heel langzaam proces. Uit de experimenten blijkt dat dit in principe ook ruim duizend keer sneller kan. Dit inzicht opent mogelijk nieuwe toepassingen voor supergeleiders.

Het succes van de Bonn-wetenschappers is ook gebaseerd op een succesvolle samenwerking tussen theorie en experiment:"We hebben de verschijnselen theoretisch voorspeld, " legt Prof. Dr. Corinna Kollath van het Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik van de Universiteit van Bonn uit. "Tijdens de experimenten aan het Physics Institute, Prof. Köhl en zijn collega's wisten precies waar ze op moesten letten."