Az ultrahideg atomok csodája: megszületik a tökéletes vezető

A Bécsi Műszaki Egyetem (TU Wien) kutatóinak sikerült létrehozniuk egy olyan kvantumrendszert, amelyben az energia és a tömeg tökéletes hatékonysággal szállítódik. Egy végtelenül vékony vonal mentén elhelyezett, ultrahidegre hűtött, rubídiumatomokból álló gázban elképesztő mennyiségű ütközés következik be, de a mozgás egy pillanatra sem lassul le. Itt minden ütközés után ugyanannyi energia marad mozgásban, ahogy az egy Newton-bölcsőben is történik. Lényeges szempont, hogy ez az újfajta szállítási mód teljesen ellentmond a szokásos ellenállási szabályoknak.

Mi a különbség a mindennapi és a tökéletes szállítás között?

A hétköznapi anyagokban a töltések, az energia vagy a tömeg mozgását mindig lassítja a súrlódás, az ütközések és az ezekből következő ellenállás. A TU Wien kutatóinak most sikerült meghaladniuk ezt a korlátot: a gondosan kialakított kísérletben olyan fizikai rendszert figyeltek meg, amelyben a transzport nem csökken, hanem tökéletesen megmarad.

Ballisztikus és diffúzív szállítás: alapszabályok az anyagok világából

Az anyagok a részecskék mozgása szerint két alapvető típusba sorolhatók. Ballisztikus szállításról beszélünk, amikor egy részecske akadálytalanul halad, és kétszer akkora távot kétszer annyi idő alatt tesz meg – mintha egy pisztolygolyó haladna. Diffúzív szállítás során viszont a véletlenszerű ütközések okozzák az energia eloszlását, például hővezetéskor: hogy kétszer akkora távot megtegyen az energia, négyszer annyi időre van szükség.

Amikor minden szokatlan: tökéletes vezetés az ultrahideg gázban

A TU Wien kísérletében nem érvényesült egyik klasszikus szállítási minta sem. Az atomáramlást vizsgálva megállapították, hogy a diffúzió – vagyis a hagyományos energiaeloszlás – szinte teljesen megszűnt. Az anyag tömeg- és energiaáramlása veszteség nélkül, akadozás nélkül haladt keresztül a rendszeren, függetlenül attól, hány atom ütközött össze útközben.

A kvantumos Newton-bölcső és ami mögötte van

A kutatók ezt a jelenséget egy Newton-bölcsőhöz hasonlították, amelyben az energia egy adott irányban úgy adódik tovább, hogy közben egyik részecske sem veszít lendületéből – mindössze átadja azt a következőnek. A gáz sosem éri el a termikus egyensúlyt, az energia és a lendület folyamatosan továbbadódik, nem oszlik el hő formájában, mint a legtöbb anyagban. Ez az ultrahideg rendszerek új típusú viselkedéséhez vezethet, amelynek tanulmányozása segíthet megérteni, hogyan születik meg vagy tűnik el az ellenállás kvantumszinten.

2025, adminboss, www.sciencedaily.com alapján