渦を貫いたフェルミオンの回転超流動気体。画像クレジット：MIT。拡大するにはクリックしてください。
MITの科学者たちは、物理学者の間の激しい競争に超クールな終焉をもたらしました。彼らは、新しいタイプの物質、つまり高温超流動性を示す原子のガスを初めて作成したのです。
Natureの6月23日号で報告される彼らの研究は、金属中の電子の超伝導と密接に関連しています。 MITグループを率いるノーベル賞受賞者でありジョンD.マッカーサーであるノーベル賞受賞者であるウルフギャングケッタール氏は、超流動体の観察は、磁石、センサー、エネルギー効率の良い電気の輸送に広く利用されている高温超伝導に関する長引く疑問の解決に役立つ可能性があると述べています。物理学の教授。
超流動ガスをはっきりと見ることは非常に劇的なステップであり、MITハーバードセンターフォーウルトラコールドアトムズの責任者であるダンクレプナーは次のように述べています。「これは超流動性のための喫煙銃ではありません。これは大砲です。」
数年前から、世界中の研究グループがいわゆるフェルミオン原子の冷たいガスを研究しており、新しい形の超流動を見つけるという究極の目標を持っています。超流動ガスは抵抗なく流れることができます。回転させると通常のガスと明確に区別できます。通常の気体は通常の物体のように回転しますが、超流動体が回転できるのは、それがミニ竜巻のような渦を形成するときだけです。これは、回転する超流動にスイスのチーズの外観を与え、穴はミニ竜巻の中心です。 「渦の最初の画像がコンピューターの画面に表示されるのを見て、それは単に息をのむほどでした」とチームが最初に超流動ガスを見た4月13日の夜を思い出して、大学院生のMartin Zwierleinは言いました。ほぼ1年間、チームは磁場とレーザービームを非常に円形にするために取り組んでおり、ガスを回転させることができました。 「それは完全に丸くするために車輪の隆起を紙やすりで磨くようなものでした」とZwierleinは説明しました。
「超流動体だけでなく超流動体でも、粒子は一歩一歩動きます。それらは1つの大きな量子力学的波を形成します」とKetterleは説明しました。このような動きにより、超伝導体は抵抗なく電流を流すことができます。
MITチームは、フェルミオンガスが絶対零度（-273度Cまたは-459度F）に非常に近い約500億分の1ケルビンに冷却されたとき、極低温でこれらの超流動渦を見ることができました。 「50ナノケルビンの高温超流動で超流動と呼ぶのは奇妙に聞こえるかもしれませんが、重要なのは粒子の密度によって正規化された温度です」とケッタール氏は語った。 「私たちは今までにないほど最高の気温を達成しました。」金属中の電子密度までスケールアップすると、原子ガスの超流動転移温度は室温より高くなります。
Ketterleのチームメンバーは、MITの大学院生であるZwierlein、Andre Schirotzek、およびChristian Schunckであり、全員がCenter for Ultracold Atomsのメンバーであり、元の大学院生であるJamil Abo-Shaeerでした。
チームは、3つの陽子、3つの中性子および3つの電子を含むリチウム6同位体のフェルミオン超流動を観察しました。構成要素の総数が奇数であるため、リチウム6はフェルミオンです。レーザーと蒸発冷却技術を使用して、ガスを絶対零度近くまで冷却しました。次に、赤外線レーザービームの焦点にガスを閉じ込めました。赤外光の電場と磁場が原子を所定の位置に保持しました。最後のステップは、ガスの周りに緑色のレーザービームを回転させて、ガスを回転させることでした。雲の影絵は、その超流動的な振る舞いを示しました。雲は、それぞれほぼ同じサイズの規則的な渦の配列によって貫かれていました。
この作品は、MITグループが以前に作成したボーズアインシュタイン凝縮体に基づいています。これは、粒子が凝縮して1つの大きな波として作用する物質の一種です。アルバートアインシュタインはこの現象を1925年に予測しました。科学者たちは後にボーズアインシュタイン凝縮と超流動性が密接に関連していることを認識しました。
2003年11月、コロラド大学ボルダー校、オーストリアのインスブルック大学、MITの独立チームによって分子として緩く結合されたフェルミオンのペアのボーズアインシュタイン凝縮が観察されました。ただし、ボーズ・アインシュタイン凝縮の観察は、超流動性の観察と同じではありません。これらのグループとパリ、デューク大学、ライス大学のエコールノーマルシュペリエルでさらなる研究が行われましたが、超流動性の証拠は曖昧または間接的でした。
MITで作成された超流動フェルミガスは、固体超伝導体、中性子星、初期宇宙に存在していたクォークグルーオンプラズマなど、はるかに密度の高いフェルミオン物質の特性を研究するための簡単に制御可能なモデルシステムとしても機能します。
MITの研究は、全米科学財団、海軍研究局、NASA、および陸軍研究局によって支援されました。
元のソース：MITニュースリリース
