Кварковая звезда растеклась по лаборатории

Американским физикам удалось получить вещество, похожее на вещество «кварковых звезд». Как сообщил в среду сайт университета города Райс, группа исследователя Рэндалла Халетта изучала свойства атомов лития-6, охлажденных до миллиардной доли градуса Кельвина. В таком состоянии в веществе главную роль играют квантовые эффекты. При охлаждении пары фермионов с одинаковыми, но противоположными спинами начинали вести себя подобно одной частице.

Образуется так называемый фермионный конденсат (фермионная жидкость или фермионный газ) – шестое состояние вещества наряду с жидкостью, газом, твердым телом, плазмой и открытым в 1995 году конденсатом Бозе-Эйнштейна.

Фермионный литиевый газ обладает сверхтекучестью, при которой вещество может проходить через узкие поры и каналы без трения. Сверхтекучую жидкость можно отличить от обычной жидкости, если заставить ее вращаться: в этот момент сверхтекучая жидкость приобретет вид «швейцарского сыра», поскольку внутри нее образуется множество «микроводоворотов».

Фермионы (ферми-частицы) –

частицы, обладающие полуцелым спином. К ним относятся все барионы (например, протон, нейтрон, гипероны) и лептоны (электрон, мюон, нейтрино), а также их античастицы. Формально к фермионам относят такие квазичастицы, как, например, электронное и дырочное возбуждения в твердом теле. Для фермионов справедлив принцип Паули (или запрет Паули), согласно которому две тождественные частицы не могут одновременно находиться в связанной системе в одном состоянии.

Используя радиоволны, команда Халетта изменяла соотношение частиц с разными знаками спина (если попытаться провести грубую аналогию – с разными направлениями вращения). К удивлению ученых, выяснилось, что сверхтекучая жидкость способна принять в себя до 10% неспаренных фермионов без потери сверхтекучести.

«Газ ведет себя так, как будто в нем все частицы соединены квантовыми эффектами попарно, – говорит Халетт. – Нами получено удивительное соотношение частиц».

Халетт добавил также, что, когда соотношение неспаренных и спаренных частиц достигало 10%, «одиночки» выбрасывались из вещества, оставляя ядро сверхтекучих пар, окруженное оболочкой свободных фермионов.

Ученый говорит, что полученный эффект говорит о какой-то новой форме соединения частиц, которая, по его мнению, также существует в некоторых необычных сверхпроводниках и в так называемых кварковых звездах.

Кварковые звезды –

предсказанные учеными тяжелые нейтронные звезды, в которых вещество распадается на «кварковую жидкость», состоящую из u-, d-, и s-кварков. В настоящее время ученые считают, что существует шесть кварков: u-кварк (от up – вверх) d-кварки (от down – вниз), s-кварки (странные, strange), c-кварки (очарованные, charm), b-кварки (от bottom-дно) и t-кварки (от top, верх). Из кварков, в частности, состоят протоны (2u+d) и нейтроны (2d+u). Возможно, некоторые видимые нами пульсары являются кварковыми звездами.

Впервые подобный фермионный литиевый газ получили в Массачусетском университете. В 2005 году группа профессора Вольфганга Кеттерля охладила атомы лития до одной пятидесятимиллиардной доли Кельвина и наблюдала «сырную картину» образования микроворонок при вращении. Несмотря на такую низкую температуру, эффект назвали «горячей» сверхтекучестью, поскольку при таких температурах она еще не наблюдалась.

По-своему исследуют свойства вещества нейтронных звезд и в Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова в Дубне. Как сообщил «Газете.Ru» профессор Сергей Дмитриев, заместитель директора лаборатории по научной работе, в последние годы на самом большом ускорителе лаборатории получены экзотические изотопы гелий-8 и водород-7, содержащие по шесть нейтронов в атоме. Изучение этих «странных» ядер, почти целиком состоящих из нейтронов, также может пролить свет на строение нейтронных звезд.