Giugno 28, 2022

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Le nanoparticelle di silicio sono attratte dai vortici nell’elio superfluido

Gli scienziati della Graduate School of Engineering Sciences dell’Università di Osaka hanno dimostrato come le nanoparticelle di silicio possono essere intrappolate all’interno dei vortici che si formano all’interno dell’elio superfluido. Questo lavoro apre nuove possibilità nell’indagine ottica di altre proprietà quantistiche dell’elio superfluido, come la manipolazione ottica dei vortici quantistici dovuta alla forte interazione tra la luce e le nanoparticelle di silicio.

Le regole della meccanica quantistica possono sembrarci molto strane, poiché le particelle a volte si comportano come onde e viceversa. In genere ci aspettiamo che uno strano comportamento quantistico sia limitato a scale molto piccole. Tuttavia, quando alcuni materiali, come l’elio-4, vengono raffreddati a temperature molto basse, gli effetti dell’ondulazione sono evidenti anche su scala macroscopica.

Questo elio “superraffreddato” è un esempio di condensazione di Bose-Einstein, in cui le onde che rappresentano gli atomi interferiscono fino a quando l’intero liquido agisce all’incirca come una singola particella. Questo processo non ha isotopi classici ed è un sistema utile per testare le teorie della meccanica quantistica, in cui la transizione al superfluido nell’elio-4 avviene a temperature relativamente accessibili. Tuttavia, è ancora essenziale essere in grado di visualizzare il movimento del superfluido.

Ora un team di ricercatori guidato dall’Università di Osaka ha utilizzato nanoparticelle di silicio per aiutare a dimostrare le proprietà dell’elio superfluido, simili al lancio di sassi per aiutare a visualizzare il flusso d’acqua in una catena. “Siamo stati in grado di fornire prove sperimentali dirette che le nanoparticelle di silicio dense sono attratte dai vortici quantistici e si depositano lungo il nucleo del vortice”, ha affermato il primo autore Yosuke Minwa.

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Una delle proprietà speciali del superelio è che qualsiasi movimento rotatorio può verificarsi solo sotto forma di vortici quantistici. Sono piccoli vortici separati, ciascuno con una quantità fissa di momento angolare. Gli scienziati hanno utilizzato la tecnologia delle nanoparticelle per studiare il processo di riconnessione dei vortici, in cui le linee di vortici si fondono e si scambiano parti. A causa della dispersione della luce dalle nanoparticelle, le linee del vortice erano chiaramente visibili.

“La nostra tecnologia proposta ci consente di utilizzare molti materiali diversi come molecole che seguono un vortice quantistico”, afferma Minowa. Lo studio dei vortici quantistici nell’elio superfluido potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio i sistemi quantistici esterni, come la corrente critica nei superconduttori ad alta temperatura.

Fonte della storia:

Materiali offerto da Università di Osaka. Nota: il contenuto può essere modificato in base allo stile e alla lunghezza.