Apa kita bakal ngerti kabeh kahanan materi? Tinimbang telung, limang atus

Pungkasan taun, media nyebarake yen "wujud materi wis muncul" sing bisa diarani superhard utawa, contone, luwih trep, sanajan kurang Polandia, superhard. Teka saka laboratorium para ilmuwan ing Institut Teknologi Massachusetts, minangka jinis kontradiksi sing nggabungake sifat-sifat padatan lan superfluida - i.e. Cairan karo viskositas nul.

Fisikawan sadurunge prédhiksi anané supernatan, nanging nganti saiki ora ana sing padha ing laboratorium. Asil panaliten para ilmuwan ing Institut Teknologi Massachusetts diterbitake ing jurnal Nature.

"Sawijining zat sing nggabungake superfluiditas lan sifat padhet mbantah akal sehat," pimpinan tim Wolfgang Ketterle, profesor fisika ing MIT lan pemenang Bebungah Nobel 2001, nulis ing koran kasebut.

Kanggo ngerteni wujud materi sing kontradiktif iki, tim Ketterle ngolah obahe atom ing kahanan supersolid ing wangun materi liyane sing disebut kondensat Bose-Einstein (BEC). Ketterle minangka salah sawijining panemu BEC, sing entuk hadiah Nobel ing Fisika.

"Tantangan kasebut yaiku nambahake kondensat sing bakal nyebabake wujud ing njaba 'jebakan atom' lan entuk karakteristik sing padhet," ujare Ketterle.

Tim riset nggunakake sinar laser ing ruang vakum ultra-dhuwur kanggo ngontrol gerakan atom ing kondensat. Setel laser asli digunakake kanggo ngowahi setengah saka atom BEC dadi spin utawa fase kuantum sing beda. Mangkono, rong jinis BEC digawe. Transfer atom ing antarane rong kondensat kanthi bantuan sinar laser tambahan nyebabake owah-owahan spin.

"Laser tambahan nyedhiyakake atom kanthi dorongan energi tambahan kanggo kopling spin-orbit," ujare Ketterle. Zat sing diasilake, miturut prediksi para fisikawan, mesthine "superhard", amarga kondensat karo atom konjugasi ing orbit spin bakal ditondoi kanthi "modulasi kepadatan" spontan. Ing tembung liyane, Kapadhetan materi bakal mandheg tetep. Nanging, bakal duwe pola fase sing padha karo padhet kristal.

Panaliten luwih lanjut babagan bahan superhard bisa nyebabake pangerten sing luwih apik babagan sifat superfluida lan superkonduktor, sing bakal dadi kritis kanggo transfer energi sing efisien. Superhards uga bisa dadi kunci kanggo ngembangake magnet lan sensor superkonduktor sing luwih apik.

Ora negara agregasi, nanging fase

Apa negara superhard minangka zat? Jawaban sing diwenehake dening fisika modern ora gampang banget. Kita elinga saka sekolah yen negara fisik materi minangka wangun utama ing ngendi zat kasebut dumunung lan nemtokake sifat fisik dhasar. Sifat-sifat zat ditemtokake dening susunan lan prilaku molekul konstituen. Divisi tradisional saka negara materi ing abad kaping XNUMX mbedakake telung negara kasebut: padhet (padhet), cair (cair) lan gas (gas).

Nanging, saiki, fase materi katon minangka definisi sing luwih akurat babagan wujud eksistensi materi. Sifat-sifat badan ing negara individu gumantung saka susunan molekul (utawa atom) sing dumadi saka awak kasebut. Saka sudut pandang iki, divisi lawas dadi negara agregasi mung bener kanggo sawetara zat, amarga riset ilmiah wis nuduhake yen apa sing sadurunge dianggep minangka negara agregasi bisa dipérang dadi pirang-pirang fase zat sing beda-beda ing alam. konfigurasi partikel. Malah ana kahanan nalika molekul ing awak sing padha bisa disusun kanthi beda ing wektu sing padha.

Menapa malih, ternyata negara padhet lan cair bisa diwujudake kanthi macem-macem cara. Jumlah fase materi ing sistem lan jumlah variabel intensif (contone, tekanan, suhu) sing bisa diganti tanpa owah-owahan kualitatif ing sistem kasebut diterangake kanthi prinsip fase Gibbs.

Owah-owahan ing fase zat bisa uga mbutuhake pasokan utawa nampa energi - banjur jumlah energi sing metu bakal sebanding karo massa zat sing ngganti fase kasebut. Nanging, sawetara transisi fase kedadeyan tanpa input utawa output energi. Kita nggawe kesimpulan babagan owah-owahan fase adhedhasar owah-owahan langkah ing sawetara jumlah sing nggambarake awak iki.

Ing klasifikasi paling ekstensif sing diterbitake nganti saiki, ana kira-kira limang atus negara agregat. Akeh zat, utamane sing minangka campuran saka senyawa kimia sing beda, bisa ana bebarengan ing rong fase utawa luwih.

Fisika modern biasane nampa rong fase - cair lan padhet, kanthi fase gas minangka salah sawijining kasus fase cair. Sing terakhir kalebu macem-macem jinis plasma, fase supercurrent sing wis kasebut, lan sawetara kahanan liyane. Fase padhet diwakili dening macem-macem wujud kristal, uga wangun amorf.

Topologi kab

Laporan babagan "negara agregat" anyar utawa fase materi sing angel ditetepake wis dadi repertoar warta ilmiah ing taun-taun pungkasan. Ing wektu sing padha, nemtokake panemuan anyar menyang salah sawijining kategori ora gampang. Zat supersolid sing diterangake sadurunge bisa uga minangka fase padhet, nanging bisa uga para fisikawan duwe pendapat sing beda. Sawetara taun kepungkur ing laboratorium universitas

Ing Colorado, contone, dropleton digawe saka partikel gallium arsenide - soko cair, soko ngalangi. Ing 2015, tim ilmuwan internasional sing dipimpin dening ahli kimia Cosmas Prasides ing Universitas Tohoku ing Jepang ngumumake panemuan materi anyar sing nggabungake sifat-sifat insulator, superkonduktor, logam, lan magnet, sing diarani logam Jahn-Teller.

Ana uga negara agregat "hibrida" atipikal. Contone, kaca ora duwe struktur kristal lan mulane kadhangkala diklasifikasikake minangka cairan "supercooled". Luwih - kristal cair digunakake ing sawetara tampilan; putty - polimer silikon, plastik, elastis utawa malah rapuh, gumantung saka tingkat deformasi; super-lengket, cairan sing mili dhewe (sawise diwiwiti, kebanjiran bakal terus nganti pasokan cairan ing kaca ndhuwur wis entek); Nitinol, alloy memori wangun nikel-titanium, bakal straighten metu ing udhara panas utawa Cairan nalika mbengkongaken.

Klasifikasi dadi luwih rumit. Teknologi modern mbusak wates antarane negara materi. Penemuan anyar lagi ditindakake. Pemenang Hadiah Nobel 2016 - David J. Thouless, F. Duncan, M. Haldane lan J. Michael Kosterlitz - nyambungake rong jagad: materi, sing dadi subyek fisika, lan topologi, sing minangka cabang matematika. Padha nyadari yen ana transisi fase non-tradisional sing digandhengake karo cacat topologi lan fase non-tradisional materi - fase topologi. Iki nyebabake longsoran karya eksperimen lan teoretis. Longsor iki isih mili kanthi cepet banget.

Sawetara wong maneh ndeleng materi XNUMXD minangka anyar, negara unik saka materi. Kita wis ngerti jinis nanonetwork iki - fosfat, stanene, borophene, utawa, pungkasanipun, graphene populer - kanggo akèh taun. Pemenang Hadiah Nobel sing kasebut ing ndhuwur wis melu, utamane, ing analisis topologi bahan siji-lapisan kasebut.

Ilmu kuno babagan kahanan materi lan fase materi katon adoh banget. Luwih ngluwihi apa sing isih bisa kita eling saka pelajaran fisika.