Στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης, τα πράγματα μπορούν να γίνουν αρκετά τρελά. Όταν οι θερμοκρασίες πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν, είναι δυνατό να μπει η ύλη σε μια κατάσταση που ονομάζεται υπερστερεά, στην οποία ένας κρύσταλλος μπορεί να ρέει χωρίς απώλεια ενέργειας. Υπό κατάλληλες συνθήκες, είναι δυνατό το φως να συνδυαστεί με διεγερμένες καταστάσεις της ύλης, δημιουργώντας Quasiparticles (οιονεί σωματίδια), κάτι που δίνει στο φως ιδιότητες σωματιδίων, παρόλο που δεν είναι αποτελείται από σωματίδια. Τώρα, οι ερευνητές κατάφεραν να συνδυάσουν αυτά τα δύο, σε κάτι που δίνει στη λέξη “παράξενο” ένα εντελώς νέο νόημα! Το συμπαγές υπερστερεό φως!

Όμως, δε πρέπει να φανταζόμαστε λαμπερά τούβλα, καθώς μιλάμε για αλληλεπιδράσεις σε κβαντικό επίπεδο. Όμως, οι ερευνητές κατάφεραν να παγιδεύσουν το φως σε μια δομή που έχει τις ιδιότητες ενός ειδικού τύπου στερεού.

Αυτή η κατάσταση της ύλης προτάθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1960, όμως μόνο τα τελευταία 10 χρόνια έγινε από μια θεωρητική δυνατότητα σε μια φυσική πραγματικότητα. Η μελέτη της υπερστερεότητας, περιλάμβανε συμπυκνώματα Bose-Einstein, δηλαδή άτομα που ψύχθηκαν σχεδόν στο απόλυτο μηδέν ώστε να εισέλθουν σε μια ειδική κατάσταση ύλης. Αυτό το υπερστερεό φωτός, είναι κάτι εντελώς νέο και είναι τερατώδες.

«Προτείναμε και μετρήσαμε ένα νέο παράδειγμα υπερστερεότητας. Το θέμα της υπερστερεότητας έχει διερευνηθεί σε υπερψυχρούς ατομικούς BEC τα τελευταία 10 χρόνια. Αυτή δεν είναι μόνο η πρώτη φορά που αυτή η φυσική συμβαίνει με φωτόνια αντί για άτομα, αλλά περιλαμβάνει επίσης έναν εντελώς νέο μηχανισμό», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ Δημήτρης Τρυπογεώργος.

Για να δημιουργήσουν αυτή την κατάσταση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ημιαγωγό αλουμινίου, αρσενίδιο του γαλλίου. Ο ημιαγωγός είχε ραβδώσεις μέσα του και ένα λέιζερ έλαμψε πάνω του. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ του φωτός λέιζερ και του υλικού παρήγαγαν σωματίδια που ονομάζονταν πολαρίτονες και οι κορυφογραμμές ανάγκασαν τα οιονεί σωματίδια να κινηθούν με συγκεκριμένο τρόπο. Τα πολαριτόνια δημιούργησαν το υπερστερεό.

«Ένα υπερστερεό είναι μια εντελώς νέα εξωτική φάση της ύλης. Έχει τις παράδοξες ιδιότητες να είναι στερεό ενώ ταυτόχρονα μπορεί να ρέει ελεύθερα γύρω από εμπόδια σαν υγρό. Όλες οι φάσεις της ύλης που σχηματίζονται υφίστανται μια μετάβαση φάσης που σπάει τη συμμετρία του συστήματος. Για παράδειγμα, το νερό είναι ένα υγρό που σημαίνει ότι είναι μεταφραστικά αμετάβλητο, δηλαδή φαίνεται το ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά ο πάγος είναι ένα κρυσταλλικό στερεό και έχει μόνο διακριτή μεταφραστική συμμετρία», είπε ο Δρ Τρυπογεώργος.

«Το υπερστερεό είναι ιδιαίτερο στο ότι σπάει δύο συμμετρίες όταν σχηματίζεται: η πρώτη γίνεται υπερρευστό και η δεύτερη γίνεται στερεό. Αυτό ήταν που μπορέσαμε να κάνουμε χειραγωγώντας τα αλληλοεπιδρώντα φωτόνια».

Τα υπερστερεά έχουν την ικανότητα να ρέουν χωρίς τριβές. Τα υπερστερεά όμως δε μπορούν να αποθηκευτούν σε δοχείο χωρίς καπάκι, καθώς θα σκαρδαλώσουν στα πλαϊνά του δοχείου και θα διαφύγουν. Έχουν παρατηρηθεί πως μπορούν να ρέουν προς τα πάνω σε ανηφορικά επίπεδα. Ένα υπερστερεό έχει αυτές τις ικανότητες ενώ διατηρεί μια κρυσταλλική δομή. Το πεδίο της υπερστερεότητας είναι πολύ νέο και αρκετά ανεξερεύνητο. Αυτή η ανακάλυψη θα βοηθήσει πολύ στην κατανόησή της.

«Βρισκόμαστε στο σημείο όπου έχουμε εντοπίσει τα απολύτως ελάχιστα συστατικά για την υπερστερεή φάση της ύλης και τώρα μπορούμε να αρχίσουμε να προσθέτουμε ξανά σε αυτήν. Η εργασία με φωτόνια μας δίνει ένα εντελώς νέο σύνολο εργαλείων για χρήση και φέρνει αυτή τη φυσική στο απαιτητικό βασίλειο της φωτονικής, καθοδηγούμενης-διασκορπιστικής φυσικής πολλών σωμάτων. Αυτή είναι μόνο η αρχή και υπάρχει περισσότερη δουλειά που πρέπει να γίνει για να χαρακτηρίσουμε πλήρως τις ιδιότητες της κατάστασης της ύλης που δημιουργήσαμε», δήλωσε ο Δρ. Τρυπογεώργος.

Μια εργασία που περιγράφει αυτή τη συναρπαστική ανακάλυψη δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature.

techmaniacs.gr