A szuperszilárd anyagok az anyag egy egészen különös formáját képviselik: a szilárd anyagokhoz és a szuperfolyékony anyagokhoz hasonló tulajdonságokkal is rendelkeznek. A kondenzált anyagok fizikájának területén a szuperszilárdság olyan jelenséget jelöl, aminek lényege, hogy a térben rendezett szerkezettel bíró anyag képes súrlódás nélkül folyni (akár egy szuperfolyadék). Ezt az anyagi formát már az ötvenes években megjósolta Eugene P. Gross elméleti fizikus, de hosszú ideig nem tudták kísérleti úton bizonyítani a létezését. Végül, több évtizednyi próbálkozás után 2017-ben két, egymástól függetlenül dolgozó kutatócsoportnak is sikerült a régóta keresett anyagot előállítani, és egy olyan szilárd anyagot létrehozni, ami "folyékonyabb a folyadéknál."

A kutatók, köztük az MIT munkatársai, az úgynevezett Bose-Einstein-kondenzációból alakították ki az új matériát lézeres hűtéssel, aminek köszönhetően létrejött a szuperszilárd anyag. Ennek egyik meghatározó jellemzője, hogy sűrűsége nem állandó, hanem hullámszerű mintázatot követ, azonban ezt a "sűrűségmodulációt" nagyon nehéz megfigyelni. A kutatók sikerrel jártak, viszont az általuk felfedezett szuperszilárd anyag csak ultranagy vákuumban, extrém alacsony hőmérsékleten működött, és a szuperszilárd anyagok másik fontos jellemzőjét, az anyagban kialakuló örvényeket egyelőre nem tudták kimutatni benne.

Most viszont az Innsbrucki Egyetem szakértői megtalálták a hiányzó láncszemet, kvantumörvények nyomát detektálták az anyag szuperszilárd formájában.

Az örvények jelenléte lényeges bizonyíték a szuperszilárd anyaggal kapcsolatban, azt jelzik, hogy a szuperfolyékonyság tulajdonságaival is bír. Szuperfolyékony állapotban az anyag atomjai összetartanak és együtt mozognak, súrlódás nélkül.

"Ha a kávéd szuperfolyadékból lenne és megkevernéd, a végtelenségig kavarogna."

- magyarázta Wolfgang Ketterle, a 2017-es MIT-s kutatás résztvevője. Ha a szuperfolyékony és szilárd tulajdonságokkal is rendelkező szuperszilárd anyagot kavarják meg, akkor az bizonyos szempontból hasonlóan viselkedik, viszont itt az anyag mozgatása egy kicsit másképpen néz ki. A szuperszilárd anyagot a kutatók mágneses mező segítségével keverték meg: diszpróziumatomokból álló gázt helyztek egy optikai csapdába, majd mágneses mezőt "forgattak" körülötte, a gáz atomjai pedig erre reagálva, ennek hatására változtatták interakciójukat.

Egy kritikus forgatási szint felett sikerült kimutatni az örvényeket, vagyis olyan zéró sűrűségű lyukakat, amelyek a szuperszilárd anyag alacsonyabb sűrűségű részein találhatóak. Bár az örvények jelenléte nem tűnik kompatibilisnek a szilárd anyag kristályszerkezetével, de a fizikusok magyarázata szerint az atomok ebben az esetben nincsenek kötve a kristályhálóhoz.

A felfedezés nemcsak a különös szuperszilárd anyag alaposabb megismeréséhez járul hozzá - a későbbiekben akár neutroncsillagokat is lehet tanulmányozni a szuperszilárd anyagok segítségével. Az elméletek szerint ugyanis a neutroncsillagok is tartalmazhatnak egy szuperszilárd réteget, ami az égitestek keringésének váratlan gyorsulását okozzák időnként.

(Fotó: Julian Léonard/ETH Zurich)