Загадка сверхтвердого гелия: новое объяснение

Группой физиков под руководством проф. Хамфри Мариса (Humphrey Maris) из университета Брауна был проведен ряд экспериментов для выяснения загадочной природы сверхтвердого гелия.

Такое необычное состояние вещества, при котором часть атомов способна протекать через кристаллическую решетку, не испытывая сопротивления, было предсказано в 1969 году. Но только в 2004 году учеными из университета Пенсильвании удалось получить сверхтвердый гелий в лаборатории. В течение последующих двух лет физики пытались выяснить, как и при каких условиях образуется сверхтвердый гелий.

Эксперимент, предложенный проф. Марисом, предельно прост. В замкнутый резервуар, заполненный жидким гелием, помещалась перевернутая вверх дном пробирка. Изменяя давление и температуру, исследователи переводили часть гелия в пробирке и на дне резервуара в твердое состояние таким образом, чтобы граница раздела между жидкой и твердой фазами находилась внутри пробирки выше, чем снаружи. Если бы жидкий гелий начал просачиваться сквозь твердую фазу, то разность уровней стала бы уменьшаться.

Ученые обнаружили, что в 10 из 13 проведенных экспериментах уровень жидкости не изменялся. В остальных трех случаях происходило равномерное сокращение разности уровней. При этом на поверхности твердого гелия были заметны острые неровности там, где грани кристаллов выступили на поверхность. Таким образом, когда гелий имел возможность перемещаться вдоль выступающих граней кристаллов, он проявлял свойства сверхтвердого вещества, в противном случае — нет.

По результатам экспериментов ученые сделали вывод, что слой сверхтвердого гелия толщиной всего в одну молекулу формируется вдоль выступающих граней кристаллов, позволяя жидкому гелию протекать через твердую фазу. Для полного объяснения природы сверхтвердого гелия необходимы более сложные эксперименты. Однако проф. Марис и его коллеги полагают, что результаты их работы указывают, в каком направлении надо вести дальнейшие исследования.