Chất siêu chảy
Khi những chất lỏng nhất định, ví dụ helium lỏng, khi được làm lạnh xuống chỉ bằng vài độ trên không độ tuyệt đối, chúng mất hết toàn bộ ma sát. Cấp cho một động lượng nhỏ, chúng sẽ tiếp tục chảy lên trên hoặc sẽ trèo ra khỏi bình chứa và bò lên các chướng ngại vật. Nếu bạn làm cho một chất siêu chảy quay tròn thì nó tạo ra các xoáy lượng tử mang moment động lượng bị lượng tử hóa, và có thể tiếp tục chuyển động xoáy mãi mãi.
Chất siêu chảy là ngưng tụ Bose-Einstein, các hệ thống trong đó các boson nguyên tử hạ xuống mức năng lượng khả dĩ thấp nhất và vì thế tránh được các va chạm, làm giảm rất nhiều độ nhớt của chúng. Là dung môi lượng tử, chất siêu chảy có thể hòa tan các hóa chất thành những đám chỉ gồm vài phân tử, vây xung quanh chúng là “lớp vỏ solvation lượng tử” cho phép chúng quay tự do. Điều này tỏ ra hữu ích trong việc nghiên cứu từng phân tử chất khí. Chất siêu chảy không ma sát còn được dùng trong con quay hồi chuyển chính xác cao và còn là phương tiện “bắt giữ” bức xạ điện từ: tương tác giữa các photon và chất siêu chảy có thể làm chậm tốc độ ánh sáng xuống còn 17 mét (56 foot) trên giây.
Sự siêu dẫn
Khi một số kim loại, ví dụ như chì, niobium, thủy ngân, và rhodium, được làm lạnh đến vài độ trên không độ tuyệt đối, chúng trải qua sự suy giảm điện trở đột ngột đến thực tế bằng không. Chúng trở thành chất siêu dẫn, có khả năng duy trì một dòng điện mà không tổn thất năng lượng, trong hàng tỉ năm trên lí thuyết. Các chất siêu dẫn còn đẩy từ trường ra ngoài, đó là bí mật ẩn sau lực nâng từ.
Bên trong kim loại, các ion (hạt nhân tích điện dương) sắp xếp thành một cấu trúc dạng mạng lưới, vây xung quanh là các electron. Thông thường, các ion dao động và va chạm với electron chảy qua chúng, gây ra điện trở. Nhưng khi được làm lạnh dưới một nhiệt độ tới hạn, các electron bắt đầu tạo cặp thách thức nguyên lí loại trừ Pauli bởi việc có các trạng thái lượng tử giống nhau. Năng lượng của các “cặp Cooper” này giảm đi rất nhiều và, trong cấu trúc mạng tinh thể, một khe năng lượng mở ra phía trên các electron. Do chúng không có đủ năng lượng để băng qua khe, nên chúng không thể va chạm với các ion, do đó mà không có điện trở.
Vật lí Lượng tử Tốc hành
Gemma Lavender
Bản dịch của Thuvienvatly.com
Phần tiếp theo >>
