Laureat Nagrody FNP zbadał nowe własności arcyzimnego gazu

Badania prof. Kazimierza Rzążewskiego z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN w Warszawie dotyczą zachowania magnetycznych cząstek w ultrazimnych gazach. Za swoje badania otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

"W 1995 r. dwaj uczeni amerykańscy z Kolorado oraz uczony niemiecki, który pracuje w MIT, do tego stopnia ochłodzili gaz, że uzyskali materię zwaną kondensatem Bosego-Einsteina. W takim gazie wielkie znaczenie uzyskują własności kwantowe. To było początkiem nowej dziedziny fizyki" - przypomina w rozmowie z PAP prof. Kazimierz Rzążewski.

Kondensat Bosego-Einsteina jest czasem uważany za odrębny stan skupienia materii (obok gazów, cieczy, ciał stałych i plazmy). Cząstki w takim stanie wcale nie zachowują się tak chaotycznie, jak kulki w komorze maszyny losującej lotto. Są ze sobą bardziej "zsynchronizowane" - jak ciecz. "To przypomina kroplę cieczy. Odległości między atomami w kondensacie są jednak gigantyczne – gęstość jest sto tysięcy razy mniejsza niż gęstość powietrza, którym oddychamy. To materia bardzo rozrzedzona. A mimo to zachowuje się jak fala" - opisuje prof. Rzążewski. Wyjaśnia, że naukowcom udaje się wytwarzać kropelki kondensatu tak duże, że dałoby się je zobaczyć gołym okiem (choć podejrzeć ich nie można, bo są bardzo wrażliwe na światło).

"W 1998 r. w ramach Nagrody Fundacji Humboldta pracowałem na niemieckim Uniwersytecie w Konstancji. Tam był młody fizyk doświadczalny, który zaczynał chłodzić atomy, z których wcześniej nie uzyskano jeszcze kondensatu - atomy chromu. A atomy chromu - w przeciwieństwie do atomów już wcześniej kondensowanych - są małymi magnesikami. Te magnesiki przyciągają się lub odpychają na dużych odległościach" - opowiada laureat Nagrody FNP. Zaznacza, że wcześniej nie było teorii, która opisywałaby, jak takie magnetyczne cząstki będą się zachowywały tworząc kondensat Bosego-Einsteina. "Wspólnie z moim zdolnym studentem napisaliśmy wtedy pracę, która to wyjaśniała. Ta praca może nie jest najlepsza, ale była pierwsza. I była wiele razy cytowana" - mówi naukowiec.

"W tym wypadku mogliśmy opracować teorię zanim kolega z Niemiec uzyskał kondensację chromu - pierwsze takie udane doświadczenie. To o wiele przyjemniejsze dla teoretyka niż opracowywanie teorii po eksperymencie" - opowiada prof. Rzążewski. Wyjaśnia, że kondensacja chromu udała się 6 lat później. "Pewne jakościowe przewidywania naszej pracy szybko się sprawdziły. Szczęśliwie większość się zgadzała" - wspomina. Dodaje jednak, że te pierwsze przewidywania teoretyczne nie były jeszcze dokładne. Doprecyzowano je z czasem.

Jednak fizykowi udało się przewidzieć, że w ultrazimnym magnetycznym gazie występować będzie zjawisko magnetostrykcji. Chodzi o zmianę kształtu kropli kondensatu w wyniku oddziaływań między cząstkami - nanomagnesikami. "Co jednak ważniejsze, pokazaliśmy w sposób przybliżony warunki stabilności tego układu. Bo okazuje się, że w pewnych warunkach układ jest niestabilny i... eksploduje. To nie jest wcale niebezpieczne, ale kondensat wtedy przestaje istnieć" - tłumaczy uczony.

Prof. Rzążewski zastrzega, że jego badania należą do nauk podstawowych. "Dzięki nim lepiej rozumiemy świat, w którym żyjemy" - mówi. Dodaje jednak, że prace, które prowadził, mogą się przydać w tworzeniu tzw. kwantowych symulatorów. Dzięki takim symulatorom można będzie sprawniej prowadzić prace nad nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi. Na razie nadprzewodnictwo udaje się uzyskiwać tylko w bardzo niskich temperaturach. Ale jest nadzieja, że kiedyś uda się odkryć nadprzewodniki działające w temperaturze pokojowej. Takie nadprzewodniki sprawiłyby np. że kolej magnetyczna (pociągi unoszące się na poduszce magnetycznej) stałaby się technologią o wiele tańszą i bardziej dostępną.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ agt/