Сериозен пробив: Създаден е „квантов проводник“, по който масата и енергията се прехвърлят без загуби

Прехвърлянето на енергия във физичните или химичните системи обикновено предизвиква съпротивление, което е в ущърб на потоците от заряд, енергия или маса, движещи се през веществото. Учени от Австрия създадоха експериментални условия, при които енергията и масата на ултрастудени газови атоми се движат с перфектна ефективност. Дори след безброй сблъсъци потокът остава стабилен и не отслабва, нарушавайки обичайните правила.

Съществуват два различни вида процеси на пренос: балистичен пренос, при който частиците се движат свободно, подобно на снаряд, движещ се по права линия; и дифузен пренос, резултат от много случайни сблъсъци. Топлопроводимостта е един от тези дифузни процеси: горещите частици, които се сблъскват с по-хладните, постепенно обменят енергия и импулс, докато всички достигнат една и съща температура.

При експеримент, проведен от физици от Виенския технологичен университет, рубидиевите атоми в свръхстуден квантов газ се държат по съвсем различен начин.

„Изследвайки потока от атоми, видяхме, че дифузията е почти напълно потисната“, казва Фредерик Мьолер. – „Газът се държи като съвършен проводник и въпреки безбройните сблъсъци между атомите, величини като маса и енергия се движат свободно, без дифузия.

Това необичайно поведение може да бъде разбрано, като се направи аналогия с люлката на Нютон – играчка, състояща се от няколко окачени метални топки. Когато една от топките се издърпа и освободи, тя се удря в останалите, предавайки им своя импулс, а тази на противоположния край отлита.

Тъй като рубидиевите атоми в експерименталната система имат способността да се сблъскват само в една посока, техният импулс не се разсейва, а се предава като топките от люлката на Нютон. Инерцията на всеки атом се запазва. Движението в атомния проводник продължава без затихване. Импулсът и енергията могат да се разпространяват в газа безкрайно, вместо да се разсейват, както в обикновената материя.

„Тези резултати показват защо един подобен атомен облак не се забавя до топлинна скорост – защо не разпределя енергията си според обичайните закони на термодинамиката“, казва Мьолер. – Изучаването на транспорта при такива перфектно контролирани условия може да открие нови начини за разбиране на това как съпротивлението възниква или изчезва на квантово ниво.“