أنشأ فريق من الفيزيائيين في برشلونة قطرات سائلة أرق 100 مليون مرة من الماء الذي يتماسك معًا باستخدام قوانين كمية غريبة.
في ورقة بحثية نشرت في 14 ديسمبر في مجلة Science ، كشف الباحثون أن هذه القطرات الغريبة ظهرت في العالم الغريب المجهر لشبكة الليزر - وهي بنية بصرية تستخدم لمعالجة الأشياء الكمومية - في مختبر في المعهد الإسباني Ci Cincies Fotòniques ، أو معهد العلوم الضوئية (ICFO). وكانت سوائل حقيقية: مواد تحافظ على حجمها بغض النظر عن درجة الحرارة الخارجية وتشكل قطرات بكميات صغيرة. هذا على عكس الغازات التي تنتشر لملء حاوياتها. لكنها كانت أقل كثافة بكثير من أي سائل موجود في الظروف العادية ، وحافظت على حالتها السائلة من خلال عملية تعرف باسم التقلب الكمومي.
قام الباحثون بتبريد غاز ذرات البوتاسيوم المبرد حتى 459.67 درجة فهرنهايت ناقصًا (ناقص 273.15 درجة مئوية) ، بالقرب من الصفر المطلق. في تلك الدرجة ، شكلت الذرات مكثفا Bose-Einstein. هذه حالة من المادة حيث تتجمع الذرات الباردة معًا وتبدأ في التداخل الجسدي. هذه المكثفات مثيرة للاهتمام لأن تفاعلاتهم تهيمن عليها قوانين الكم ، بدلاً من التفاعلات الكلاسيكية التي يمكن أن تفسر سلوك معظم الكميات الكبيرة من المادة.
عندما دفع الباحثون اثنتين من هذه المكثفات معًا ، شكلوا قطرات ، ملزمة معًا لملء حجم محدد. ولكن على عكس معظم السوائل ، التي تحافظ على أشكال القطيرات معًا من خلال التفاعلات الكهرومغناطيسية بين الجزيئات ، فإن هذه القطرات عقدت أشكالها من خلال عملية تعرف باسم "التقلب الكمومي".
ينبع التذبذب الكمومي من مبدأ عدم اليقين في هايزنبرغ ، والذي ينص على أن الجسيمات هي احتمالية في الأساس - فهي لا تحتفظ بمستوى طاقة واحد أو مكان واحد في الفضاء ، بل يتم تلطيخها عبر العديد من مستويات الطاقة والمواقع المحتملة. تعمل هذه الجسيمات "الملطخة" قليلاً كما تقفز عبر مواقعها وطاقاتها المحتملة ، مما يضغط على جيرانها. اجمع كل ضغوط جميع الجسيمات المتدفقة ، وستجد أنها تميل إلى جذب بعضها البعض أكثر من صد بعضها البعض. هذا الجذب يربطهم معًا في قطرات.
هذه القطرات الجديدة فريدة من نوعها في أن التقلبات الكمية هي التأثير السائد الذي يمسكها في حالتها السائلة. وتظهر "السوائل الكمومية" الأخرى مثل الهليوم السائل هذا التأثير ، ولكنها تنطوي أيضًا على قوى أكثر قوة تربطها ببعضها البعض بشكل أكثر إحكامًا.
ومع ذلك ، لا تسيطر تلك القوى الأخرى على قطرات مكثفات البوتاسيوم ولديها جسيمات متفاعلة بشكل ضعيف للغاية ، وبالتالي تنتشر عبر مساحات أوسع بكثير - حتى عندما تحمل أشكال القطيرات. بالمقارنة مع قطرات الهيليوم المماثلة ، يكتب المؤلفون ، هذا السائل هو حجمين أكبر حجماً وثماني مرات من الحجم أكثر تمييعًا. يكتب الباحثون أن هذه مشكلة كبيرة بالنسبة للمجربين. قد تتحول قطرات البوتاسيوم إلى سوائل كمومية نموذجية أفضل بكثير للتجارب المستقبلية من الهيليوم.
قطرات الكم لها حدودها بالرغم من ذلك. إذا كان لديهم عدد قليل جدًا من الذرات المعنية ، فإنها تنهار وتبخر في الفضاء المحيط.
