کاشفان ابرجامد این‌بار نشانی از آن نیافتند!

[∆ MeRzaD ∆]

وجود هلیوم «ابرجامد» از سال 2004 و در چندین آزمایشگاه ارایه شد؛ ماده‌ای عجیب که مثل رد شدن از دیوار البته در مقیاس اتمی است. از همان زمان نیز تردیدهایی درباره این ماده وجود داشت و اکنون عده‌ای از پژوهشگران می‌گویند نتایج قبلی ناشی از درک نادرست آزمایش بوده است. آن ها در آخرین آزمایش خود به دنبال پاسخ‌دهی به موضوعاتی هستند که از سوی دیگر محققان مطرح شد؛ زیرا عده ای از گروه‌ها، هیچ نشانی از هلیوم ابرجامد نیافته‌اند. با این حال پژوهشگران این حوزه معتقدند که پژوهش پیرامون ابرجامدیت، حوزه‌های جدیدی را گشوده است، همانند پژوهش‌هایی در مورد اثر کوانتومی اتم‌ها بر ویژگی‌های ماکروسکوپی مواد.

از لحاظ نظری در صورتی که بعضی از اتم‌ها جمع شوند و از شبکه اتمی معمول جامد عبور کنند، هلیوم یخ‌زده می‌تواند به «ابر»ماده تبدیل شود هرچند این پدیده با شهود ما مخالف است. در 2004، یونسئونگ کیم[1] و موسس چان[2] در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا آزمایشی را گزارش کردند که شکل‌گیری یک ابرجامد را نشان می‌داد[1]. این گروه از نوسانگر پیچشی استفاده کردند که یک دیسک توخالی آویزان به یک میله است. آونگ به صورت ساعتگرد و سپس پادساعتگرد می‌چرخد و این کار به طور مرتب با بسامد تقریبی 1 کیلوهرتز تکرار می‌شود. میله سعی می کند تا نپیچد و بنابراین آونگ واداشته می‌شود. کیم و چان دیسک را با وایکور بسته‌بندی کردند که شیشه‌ای اسفنجی حاوی تخلخل‌هایی در مقیاس نانو است و وایکور را نیز با هلیوم پوشاندند. سپس نمونه را تا کسری از یک کلوین سرد کردند و برای برای ایجاد یخ هلیوم، فشاری بالا وارد نمودند.

چان توضیح می‌دهد:«هلیوم ابرجامد تغییر تکانه را دوست ندارد. بنابراین بخشی از هلیوم جامد باقی می‌ماند و در نوسان سهمی ندارد.» در صورت تشکیل ابرجامد هر چه بخش کمتری از ماده حرکت کند، نوسانگر نوسان کمتری دارد. آزمایشگاه‌های سراسر جهان یافته‌های مشابهی(برخی بدون وایکور) گزارش کردند اما مقدار نوسانات انحرافات عجیبی داشت.

سپس در 2007، جیمز دی[3] و جان بیمیش[4] در دانشگاه آلبرتای کانادا مقاله‌ای چاپ کردند که چالشی دشوار پیش پای کیم، چان و دیگر متخصصان این حوزه نهاد[2]. فرض کنید که هلیوم جامد کاملا سفت نباشد بلکه تا حدی کشسان باشد. این ویژگی باعث مقاومت در برابر پیچش می‌شود. اگر هلیوم جامد در هنگام سرد شدن سفت می‌شد، دوره نوسان کاهش می‌یافت(دوره نوسان مستقل از میزان جرم متحرک است). بیمیش می‌گوید: «باید واقعا دقت کرد که آیا [کمیت] اندازه‌‌گیری شده همان تغییر دوره است یا خیر، زیرا ابرجامدیت و اثرات کشسانی هر دو وابستگی دمایی یکسانی دارند.»

«اثر کشسانی» برای حجم‌های نسبتا بزرگ یخ هلیوم مهم است زیرا در این صورت نمی‌توان بلورهای کاملی شکل داد و در عوض ناپیوستگی‌های بلوری(به نام نابجایی) ایجاد می‌شود. نابجایی‌ها اجازه می‌دهند تا مجموعه‌ای از اتم‌ها روی هم بلغزند که منجر به وابستگی دمایی اثرات کشسانی می‌شوند. خلل‌های وایکور برای شکل گیری نابجایی‌ها بسیار کوچک هستند اما نگرانی در مورد فضاهای وسیله آزمایش وجود دارد زیرا این فضاها می‌توانند به اندازه کافی بزرگ باشند. عامل بدتر آن است که حتی مقادیر بسیار اندک هلیوم کشسان می‌تواند باعث تغییرات بزرگ در نوسان شوند و تمام اثر ابرجامدیت را مخفی کنند[3].

بسیاری دیگر از نتایج نظری و آزمایشگاهی در نهایت چان را قانع کردند تا آزمایش ها را دوباره اجرا کند. او با پژوهشگر پسادکترایش دوک کیم[5]، نوسانگر پیچیشی را کاملا از نو طراحی کرد و تمام احتیاط‌های لازم را برای حذف فضای هلیوم کشسان در نظر گرفت. این بار، تغییرات در نوسان کاملا غایب بودند؛ تغییراتی که به ابرجامدیت نسبت داده شده بود[4].

چان درک می‌کند که این نتیجه تقریبا فصل مربوط به هلیوم ابرجامد را می‌بندد: «من در موقعیت نامساعدی هستم زیرا خوم این موضوع را شروع کردم.» بیمیش اما می‌گوید:«من خوشحالم همان فردی بودم که علت [تفاوت‌ها] را یافت.» بیمیش تایید می‌کند که این اثرات فوق العاده ظریف هستند و به همین دلیل عیب‌یابی خیلی طول کشید:«من به چان بزرگترین اعتبار را می‌دهم، زیرا تمام این سال‌ها تلاش می‌کرد تا چیستی پدیده را دریابد نه این که تلاش کند تا نظر اولیه خود را ثابت نماید.» همچنین وی اشاره می‌کند که تلاش برای کشف ابرجامدها به واقع منجر پژوهش‌های جدیدی شده که آن را به نام کشسانی کوانتومی می‌شناسیم یعنی تمایل یک ماده برای تغییر شکل ماکروسکوپی بر اساس ویژگی‌های کوانتومی.

بیمیش می گوید هنوز هم شانس کمی برای یافتن ابرجامدیت وجود دارد. آزمایش‌های چان با همکارش یونسئونگ کیم که اکنون در موسسه پیشرفته علوم و فناوری در کره کار می کند؛ نشانه‌هایی از ابرجامدیت در بر دارد که نمی‌توان آن‌ها را با اثرات کشسانی توضیح داد. او می‌گوید: «آن آزمایش‌ها در حال حاضر مهمترین [آزمایش‌ها] هستند و [البته هنوز] فهمیده نشده‌اند.»