У свакодневној физици, транспорт описује како се ствари крећу са једног места на друго. Електрични набој тече кроз жице, топлота се шири кроз метал, а вода путује кроз цеви. У сваком случају, научници могу да измере колико се лако наелектрисање, енергија или маса крећу кроз материјал. У нормалним условима, то кретање се успорава трењем и сударима, стварајући отпор који слаби или на крају зауставља проток.
Истраживачи са ТУ Виен сада су показали редак изузетак. У пажљиво осмишљеном експерименту, посматрали су физички систем у коме се транспорт уопште не деградира.
Ултрахладни гас са савршеним протоком
Тим је ограничио хиљаде атома рубидијума тако да су могли да се крећу само дуж једне праве линије, користећи комбинацију магнетних и оптичких поља. Ова поставка је произвела ултрахладни квантни гас у коме се и енергија и маса крећу са потпуном ефикасношћу. Према резултатима објављеним у часопису Наукаток остаје стабилан и непромењен чак и након небројених атомских судара. Налаз открива облик транспорта који се понаша веома другачије од онога што се види у обичној материји.
Две основне врсте транспорта
„У принципу, постоје два веома различита типа транспортних феномена“, каже Фредерик Мøллер са Атоминститута на ТУ Виен. „Ми говоримо о балистичком транспорту када се честице крећу слободно и прелазе дупло веће растојање за двоструко краће време – као метак који путује праволинијски.
Други тип је познат као дифузни транспорт, који се дешава када кретањем доминирају насумични судари. Провођење топлоте је класичан пример. Када топлије честице ступе у интеракцију са хладнијим, енергија и замах се постепено деле док се температуре не изједначе у систему.
„Ова врста транспорта није линеарна“, каже Мøллер. „Да бисте прешли дупло веће растојање, обично вам је потребно четири пута дуже.“
Зашто се дифузија квари у овом експерименту
Понашање уочено у експерименту ТУ Виен није пратило ни један познати образац. Уместо да се шири кроз дифузију, атомски ток је остао оштро дефинисан. „Проучавајући атомску струју, могли смо да видимо да је дифузија практично потпуно потиснута“, каже Мøллер. „Гас се понаша као савршен проводник; иако се између атома дешавају небројени судари, количине попут масе и енергије слободно теку, а да се не распршују у систем.
Квантна верзија Њутнове колевке
Истраживачи објашњавају овај ефекат користећи аналогију са Њутновом колевком, стоним уређајем са низом висећих металних куглица. Када се једна лопта пусти, њен замах пролази право кроз ред и шаље лопту на другом крају да се замахне ка споља, док се остале једва померају.
„Атоми у нашем систему могу да се сударе само у једном правцу“, објашњава Мøллер. „Њихов импулс се не распршује, већ се једноставно размењује између партнера у судару. Замах сваког атома остаје очуван – може се само пренети, никада не изгубити.“
Зашто гас никада не достиже топлотну равнотежу
Као у Њутновој колевци, кретање у овом атомском систему се наставља без бледења. Енергија и замах путују кроз гас неограничено, уместо да се распршују као топлота, што се дешава у већини материјала.
„Ови резултати показују зашто се такав атомски облак не термализује – зашто не дистрибуира своју енергију у складу са уобичајеним законима термодинамике“, каже Мøллер. „Проучавање транспорта под тако савршено контролисаним условима могло би отворити нове начине да се разуме како се отпор појављује или нестаје на квантном нивоу.“
