Gas fermion superfluid yang berputar menembus vortisitas. Kredit gambar: MIT. Klik untuk memperbesar.
Ilmuwan MIT telah membawa akhir supercool ke perlombaan panas di antara fisikawan: Mereka telah menjadi yang pertama untuk menciptakan jenis materi baru, gas atom yang menunjukkan superfluiditas suhu tinggi.
Pekerjaan mereka, yang akan dilaporkan dalam Nature edisi 23 Juni, terkait erat dengan superkonduktivitas elektron dalam logam. Pengamatan superfluida dapat membantu menyelesaikan pertanyaan tentang superkonduktivitas suhu tinggi, yang memiliki aplikasi luas untuk magnet, sensor, dan transportasi listrik hemat energi, kata Wolfgang Ketterle, seorang pemenang Nobel yang mengepalai kelompok MIT dan yang adalah John D. MacArthur Profesor Fisika.
Melihat gas superfluida dengan sangat jelas merupakan langkah dramatis sehingga Dan Kleppner, direktur MIT-Harvard Center untuk Ultracold Atoms, mengatakan, “Ini bukan senjata merokok untuk superfluiditas. Ini meriam. "
Selama beberapa tahun, kelompok-kelompok penelitian di seluruh dunia telah mempelajari gas dingin dari apa yang disebut atom fermionik dengan tujuan akhir untuk menemukan bentuk superfluiditas baru. Gas superfluid dapat mengalir tanpa hambatan. Itu dapat dengan jelas dibedakan dari gas normal ketika diputar. Gas normal berputar seperti benda biasa, tetapi superfluid hanya bisa berputar ketika membentuk vortisitas yang mirip dengan tornado mini. Ini memberikan tampilan superfluid keju keju Swiss, di mana lubangnya adalah inti dari tornado mini. "Ketika kami melihat gambar pertama vortisitas muncul di layar komputer, itu sangat menakjubkan," kata mahasiswa pascasarjana Martin Zwierlein dalam mengingat malam 13 April, ketika tim pertama kali melihat gas superfluid. Selama hampir satu tahun, tim telah bekerja membuat medan magnet dan sinar laser sangat bulat sehingga gas dapat diatur dalam rotasi. "Itu seperti mengamplas gundukan roda untuk membuatnya bulat sempurna," Zwierlein menjelaskan.
"Dalam superfluida, dan juga superkonduktor, partikel bergerak berbaris. Mereka membentuk satu gelombang mekanika kuantum besar, ”jelas Ketterle. Gerakan seperti itu memungkinkan superkonduktor untuk membawa arus listrik tanpa hambatan.
Tim MIT dapat melihat vortis superfluid ini pada suhu yang sangat dingin, ketika gas fermionik didinginkan hingga sekitar 50 miliar derajat Kelvin, sangat dekat dengan nol absolut (-273 derajat C atau -459 derajat F). "Mungkin terdengar aneh untuk menyebut superfluiditas pada superfluiditas suhu tinggi 50 nanokelvin, tetapi yang penting adalah suhu dinormalisasi oleh kepadatan partikel," kata Ketterle. "Kami sekarang telah mencapai suhu tertinggi sejauh ini." Ditingkatkan hingga densitas elektron dalam logam, suhu transisi superfluid dalam gas atom akan lebih tinggi dari suhu kamar.
Anggota tim Ketterle adalah mahasiswa pascasarjana MIT Zwierlein, Andre Schirotzek, dan Christian Schunck, yang semuanya adalah anggota Center for Ultracold Atoms, serta mantan mahasiswa pascasarjana Jamil Abo-Shaeer.
Tim mengamati superfluiditas fermionik dalam isotop lithium-6 yang terdiri dari tiga proton, tiga neutron, dan tiga elektron. Karena jumlah total konstituennya ganjil, litium-6 adalah fermion. Menggunakan laser dan teknik pendinginan evaporatif, mereka mendinginkan gas mendekati nol mutlak. Mereka kemudian menjebak gas dalam fokus sinar laser inframerah; medan listrik dan magnet dari cahaya inframerah menahan atom di tempatnya. Langkah terakhir adalah memutar sinar laser hijau di sekitar gas untuk mengubahnya menjadi rotasi. Gambar bayangan awan menunjukkan perilaku superfluidnya: Awan itu ditembus oleh array vortisitas biasa, masing-masing berukuran hampir sama.
Pekerjaan ini didasarkan pada penciptaan Bose-Einstein kondensat kelompok MIT sebelumnya, suatu bentuk materi di mana partikel berkondensasi dan bertindak sebagai satu gelombang besar. Albert Einstein meramalkan fenomena ini pada tahun 1925. Para ilmuwan kemudian menyadari bahwa kondensasi dan superfluiditas Bose-Einstein saling terkait erat.
Kondensasi pasangan fermion Bose-Einstein yang terikat bersama secara longgar ketika molekul diamati pada November 2003 oleh tim independen di Universitas Colorado di Boulder, Universitas Innsbruck di Austria dan di MIT. Namun, mengamati kondensasi Bose-Einstein tidak sama dengan mengamati superfluiditas. Studi lebih lanjut dilakukan oleh kelompok-kelompok ini dan di Ecole Normale Superieure di Paris, Duke University dan Rice University, tetapi bukti untuk superfluiditas bersifat ambigu atau tidak langsung.
Gas Fermi superfluid yang dibuat di MIT juga dapat berfungsi sebagai sistem model yang mudah dikendalikan untuk mempelajari sifat-sifat materi fermion yang jauh lebih padat seperti superkonduktor padat, bintang neutron atau plasma quark-gluon yang ada di alam semesta awal.
Penelitian MIT didukung oleh National Science Foundation, Kantor Penelitian Angkatan Laut, NASA dan Kantor Penelitian Angkatan Darat.
Sumber Asli: Rilis Berita MIT
