भौतिकविदों ने पहली बार एक सुपरफ्लुइड को सुपरसॉलिड में और पीछे – परिवर्तित करके क्वांटम सीमाओं को आगे बढ़ाया है

वैज्ञानिकों ने पदार्थ के एक विचित्र चरण को और भी अधिक अजनबी चरण में बदलते देखा। पहली बार, उन्होंने एक सुपरफ्लुइड को सुपरसॉलिड में बदलते देखा – एक ऐसा संक्रमण जिसके बारे में उन्हें यकीन नहीं था कि यह संभव भी था।

जर्नल में 28 जनवरी के एक अध्ययन में प्रकृतिशोधकर्ताओं ने एक्सिटॉन के एक समूह को देखा – क्वासिपार्टिकल्स जो एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन छेद को जोड़ते हैं – एक सुपरफ्लुइड से एक सुपरसॉलिड में बदलते हैं और फिर से वापस आते हैं। यह पहली बार है कि एक्साइटॉन को सुपरसॉलिड में संघनित होते देखा गया है, जो एक प्रतिवर्ती चरण संक्रमण से गुजर रहा है, जिस तरह से पानी तरल से बर्फ में बदल सकता है और वापस आ सकता है।

पदार्थ के गुप्त चरण

और भी बहुत कुछ हैं पदार्थ के चरण सामान्य तीन की तुलना में जिनका हम प्रतिदिन सामना करते हैं (गैस, तरल पदार्थ और ठोस), हालाँकि इनमें से अधिकांश अन्य पदार्थ अवस्थाएँ केवल चरम स्थितियों में ही मौजूद होती हैं। सुपरफ्लुइड एक प्रकार है जो केवल तब होता है जब कुछ कण, जैसे हीलियम आइसोटोप और एक्सिटॉन, ठीक ऊपर तक ठंडा हो जाते हैं परम शून्य – गर्मी की पूर्ण अनुपस्थिति। वे बिल्कुल तरल नहीं हैं – वे घर्षण के प्रतिरोध के बिना बहते हैं – और जब हिलाए जाते हैं, तो वे छोटे बन जाते हैं अनन्त बवंडर जिन्हें क्वांटम भंवर कहा जाता है.

दूसरी ओर, सुपरसॉलिड, पदार्थ की वह अवस्था है जिसके अस्तित्व का सिद्धांत तब दिया जाता है जब सुपरफ्लूइड को और भी अधिक ठंडा किया जाता है। वे सुपरफ्लुइडिटी की शून्य चिपचिपाहट बनाए रखते हैं, लेकिन तरल जैसी बूँद में घूमने वाले कणों के बजाय, वे प्रवाह और क्वांटम भंवर बनाने की अपनी क्षमता को बनाए रखते हुए, क्रिस्टल जाली की तरह एक व्यवस्थित संरचना बनाते हैं।

सुपरसॉलिड पहले भी प्रयोगशालाओं में बनाए जा चुके हैं, जिसमें 2021 भी शामिल है, जब शोधकर्ताओं ने बनाया था 2डी सुपरसॉलिड डिस्प्रोसियम और 2024 में जब उन्होंने सुपरसॉलिड में क्वांटम भंवर देखे। हालाँकि, उन्होंने कणों को एक व्यवस्थित जाली में मजबूर करने के लिए अतिरिक्त उपकरण और ऊर्जा का उपयोग करके ही इसे हासिल किया। इसके विपरीत, नया अध्ययन एक प्राकृतिक चरण संक्रमण को दर्शाता है।

“पहली बार, हमने देखा है कि एक सुपरफ्लुइड एक चरण परिवर्तन से गुजरता है जो सुपरसॉलिड प्रतीत होता है।” कोरी डीनकोलंबिया विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी और अध्ययन के सह-लेखक ने एक में कहा कथन.

नई सीमाओं की खोज

ऐसा करने के लिए, शोधकर्ताओं ने ग्राफीन के दो टुकड़े रखे – जो पूरी तरह से कार्बन परमाणुओं से बने कागज की एक बहुत पतली शीट की तरह है – एक साथ बहुत करीब। फिर, उन्होंने एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र जोड़ा और एक एक्साइटॉन “सूप” बनाने के लिए सिस्टम को ठंडा किया।

जब परम शून्य से ऊपर 2.7 और 7.2 डिग्री फ़ारेनहाइट (1.5 से 4 डिग्री सेल्सियस) के बीच ठंडा किया गया, तो एक्साइटॉन ने एक सुपरफ्लुइड का निर्माण किया। जब इससे अधिक ठंडा किया जाता है, तो एक्सिटॉन एक विद्युतरोधी रहस्यमय नए चरण में बदल जाता है, जिस पर टीम को संदेह है कि यह सैद्धांतिक सुपरसॉलिड अवस्था है।

“सुपरफ्लुइडिटी को आम तौर पर निम्न-तापमान वाली जमीनी अवस्था माना जाता है,” जिया लीऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी और अध्ययन के सह-लेखक ने बयान में कहा। “एक इंसुलेटिंग चरण का अवलोकन करना जो एक सुपरफ्लुइड में पिघल जाता है, अभूतपूर्व है। यह दृढ़ता से सुझाव देता है कि कम तापमान वाला चरण एक अत्यधिक असामान्य एक्साइटन ठोस है।”

टीम परीक्षण के लिए अन्य सामग्रियों पर विचार कर रही है, साथ ही एक्साइटन सुपरसॉलिड अवस्था को मापने और उसका अध्ययन करने के नए तरीके भी खोज रही है।

डीन ने कहा, “फिलहाल, हम इस इन्सुलेशन राज्य के चारों ओर की सीमाओं की खोज कर रहे हैं, साथ ही इसे सीधे मापने के लिए नए उपकरण भी बना रहे हैं।” आगे के अध्ययन से वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद मिलेगी कि सुपरसॉलिड और सुपरफ्लुइड कैसे व्यवहार करते हैं, कण भौतिकी की हमारी समझ को गहरा करेंगे और उच्च तापमान वाले सुपरसॉलिड के अनुप्रयोगों की दिशा में काम करेंगे।