یافته‌های جدید محققان می‌تواند به ایجاد فناوری‌های کوانتومی جدید کمک کند.

در فیزیک کلاسیک مشخص شده که مایع در اثر کشش سطحی (ناشی از نیروهای چسبنده بین مولکولی) تمایل دارد مساحت سطح خود را به حداقل برساند؛ این مکانیسم ماکروسکوپی باعث تشکیل قطرات باران یا حباب‌های صابون می‌شود. اکنون دانشمندان ایتالیایی ایجاد قطره کوانتومی منفردی را مشاهده کرده‌اند که می‌توان آن را به «باران کوانتومی» تشبیه کرد.

براساس گزارش Phys، محققان مؤسسه ملی اپتیک ایتالیا و دانشگاه فلورانس تشکیل قطرات را در گاز کوانتومی فوق رقیق مشاهده کرده‌اند که همانند مایعات معمولی توسط اثرات کشش سطحی ایجاد می‌شود. این پدیده بسیار نادر است؛ زیرا گازهای کوانتومی میلیون‌ها بار کمتر از مایعات چگالی دارند و معمولاً فاقد کشش سطحی موردنیاز برای نگه‌داشتن قطرات در کنار هم هستند. تشکیل قطرات کوانتومی نشان می‌دهد اتفاقی بسیار غیرعادی در چنین چگالی کمی رخ می‌دهد.

این یافته‌ها می‌توانند به کشف روش‌های تازه برای توسعه مواد جدید و فناوری‌های کوانتومی کمک کنند.

مشاهده اولین باران کوانتومی
قبل از آنکه به یافته‌های محققان بپردازیم، بهتر است با مفهوم کشش سطحی آشنا شوید. کشش سطحی (Surface tension) نیروی منسجم در سطح مایع است که مولکول‌های آن را به‌سمت یکدیگر می‌کشد و فضای سطح را کاهش می‌دهد؛ درنتیجه، مایع شکل‌هایی مانند قطره به خود می‌گیرد و در طبیعت نیز آن را به‌صورت شبنم، حباب‌های صابون و قطرات باران می‌بینیم.

در برخی موارد نیز کشش سطحی منجر به ناپایداری مویرگی می‌شود، در این مواقع قطرات جدا می‌شوند تا انرژی سطح را کاهش دهند؛ برای مثال جریان استوانه‌ای مایع به‌دلیل کشش سطحی ناپایدار و به قطرات تبدیل می‌شود. وقتی شیر آب را باز می‌کنید، در جریان استوانه‌ای مایع می‌بینید که قطرات جدا می‌شوند.

این پدیده‌ها معمولاً در مایعات معمولی مشاهده می‌شوند اما محققان وقوع آنها را در مخلوط فوق‌سردی از اتم‌های پتاسیم و روبیدیم مشاهده کردند. محققان می‌گویند این اولین‌ بار است که گاز اتمی چنین رفتاری از خود نشان می‌دهد.

محققان مشاهده کردند وقتی گاز کوانتومی فوق‌رقیق (مخلوط اتمی پتاسیم روبیدیم) به دمای نزدیک به صفر مطلق رسید، در فاز گازی ماند اما هم‌زمان خواص مایع‌مانندی نیز داشت و یک قطره کوانتومی منفرد را تشکیل داد. وقتی این قطره در مسیری که لیزر ایجاد کرده بود، قرار گرفتند، مانند خط نازکی کشیده شد و این قطره کوانتومی دراز، ناپایدار شد و به قطرات کوچک‌تری بدل گشت.

یافته‌های این پژوهش در Physical Review Letters منتشر شده است.