Το φως ανέκαθεν θεωρούνταν ανέγγιχτο – γρήγορο, άυλο και αδύνατο να κρατηθεί ακίνητο. Κινείται με σχεδόν 298.338 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, γλιστρώντας μέσα από τα δάχτυλα και διασχίζοντας τους γαλαξίες. Για γενιές, αντιπροσώπευε την ενέργεια σε κίνηση, ποτέ ακίνητη, ποτέ σιωπηλή.

Τώρα, σε μια σημαντική ανακάλυψη που ωθεί τα όρια της ανθρώπινης κατανόησης, οι επιστήμονες κατάφεραν να κάνουν αυτό που κάποτε φαινόταν αδιανόητο. Δημιούργησαν μια κατάσταση όπου το φως συμπεριφέρεται σαν στερεό – δομημένο, σταθερό και ικανό να ρέει σαν υγρό.

Αυτό δεν είναι επιστημονική φαντασία. Ερευνητές στην Ιταλία σχημάτισαν ένα υπερστερεό σώμα χρησιμοποιώντας το ίδιο το φως, μετατρέποντας τα φωτόνια σε μια παράξενη νέα μορφή ύλης. Είναι μια στιγμή που σηματοδοτεί κάτι περισσότερο από απλή πρόοδο στη φυσική – είναι μια υπενθύμιση ότι τα όρια, ακόμη και αυτά που χτίζονται από τη φύση, προορίζονται να δοκιμάζονται.

Μια ομάδα ερευνητών στην Ιταλία δημιούργησε ένα υπερστερεό—όχι από άτομα ή μόρια, αλλά από το φως. Οι φυσικοί Gianfrate και Nigro πέτυχαν αυτό το κβαντικό μαγικό κόλπο χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ και έναν ειδικά σχεδιασμένο ημιαγωγό.

Ένα υπερστερεό είναι ένα παράδοξο που γίνεται πραγματικότητα. Έχει την οργανωμένη δομή ενός στερεού αλλά ρέει σαν ρευστό. Φανταστείτε ένα υλικό που διατηρεί το σχήμα του αλλά μπορεί να κινηθεί μέσα από εμπόδια χωρίς αντίσταση. Αυτό είναι που κάνει αυτή την ανακάλυψη τόσο αξιοσημείωτη. Το φως, για πρώτη φορά, έχει ωθηθεί σε αυτή την παράξενη διττή κατάσταση.

Ο φυσικός Ιάκοπο Καρουζότο το εξηγεί ως εξής: «Μπορούμε να φανταστούμε το υπερστερεό ως ένα ρευστό που αποτελείται από συνεκτικά κβαντικά σταγονίδια που διατάσσονται περιοδικά στο διάστημα».

Αυτά τα κβαντικά σταγονίδια δεν διασκορπίζονται ούτε διαλύονται όταν χτυπούν κάτι. Γλιστρούν μέσα από αυτά, διατηρώντας την απόστασή τους το ένα από το άλλο σαν τέλεια συγχρονισμένοι χορευτές, διατηρώντας το μοτίβο τους ακόμα και καθώς κινούνται.

Μέχρι τώρα, τα υπερστερεά δημιουργούνταν μόνο χρησιμοποιώντας άτομα. Τα φωτόνια -πακέτα φωτός- φαίνονταν πολύ άγρια ​​για να τα τιθασεύσει κανείς. Αλλά αυτή η ανακάλυψη δείχνει το αντίθετο. Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, ακόμη και κάτι τόσο φευγαλέο όσο το φως μπορεί να αναδιαμορφωθεί, να επαναπροσδιοριστεί και να μετατραπεί σε κάτι με μορφή, ρυθμό και ροή.

Αμφισβητεί παλιές υποθέσεις και ανοίγει την πόρτα σε έναν νέο τρόπο σκέψης για το φως — όχι μόνο ως ενέργεια, αλλά ως κάτι που μπορεί να αποκτήσει δομή, παρουσία και φυσική συμπεριφορά που κάποτε θεωρούνταν αδύνατα.

Πώς «πάγωσαν» το φως;

Το να παγώνεις το φως δεν σημαίνει ότι το κάνεις να κρυώνει. Σημαίνει ότι το κάνεις να συμπεριφέρεται με έναν τρόπο που κανείς δεν φανταζόταν εφικτό – δομημένο, σταθερό, αλλά ταυτόχρονα ικανό να κινείται ελεύθερα.

Για να το πετύχουν αυτό, οι επιστήμονες του Εθνικού Συμβουλίου Έρευνας (CNR) της Ιταλίας δεν προσπάθησαν να παγιδεύσουν το φως με τη συνήθη έννοια. Αντίθετα, του έδωσαν κάτι με το οποίο να αλληλεπιδράσει – την ύλη.

Να τι έκαναν, βήμα προς βήμα:

Χρησιμοποίησαν ένα λέιζερ για να λάμψουν με φως ένα ειδικό υλικό που ονομάζεται αρσενίδιο του γαλλίου, ένα είδος ημιαγωγού που αντιδρά με χρήσιμους τρόπους με το φως.
Μέσα σε αυτό το υλικό, το φως αλληλεπιδρούσε με μικροσκοπικές δονήσεις και σωματίδια, δημιουργώντας κάτι νέο: πολαριτόνια.
Αυτά τα πολαριτόνια είναι ένα μείγμα φωτός και ύλης. Αυτό το μείγμα τους δίνει μερικές πολύ ασυνήθιστες ιδιότητες. Μπορούν να κινούνται ομαλά όπως το φως, αλλά συμπεριφέρονται επίσης λίγο σαν σωματίδια με μάζα.

Τώρα, εδώ είναι που γίνεται ενδιαφέρον.

Το υλικό σχεδιάστηκε με έναν πολύ συγκεκριμένο τρόπο για να καθοδηγήσει τα πολαριτόνια σε τρεις διαφορετικές ενεργειακές καταστάσεις. Αρχικά, τα πολαριτόνια εγκαταστάθηκαν σε μία κύρια κατάσταση. Αλλά καθώς εισέρχονταν περισσότερα, άρχισαν να εξαπλώνονται στις δύο άλλες. Αυτή η μετατόπιση δημιούργησε ένα μοτίβο – μια επαναλαμβανόμενη, οργανωμένη δομή, κάπως σαν το πώς τα άτομα ευθυγραμμίζονται σε έναν κρύσταλλο.

Ταυτόχρονα, αυτά τα πολαριτόνια μπορούσαν ακόμα να κινούνται χωρίς τριβή, όπως ένα ρευστό. Και αυτό είναι που το έκανε υπερστερεό.

Με απλά λόγια, η ομάδα δεν έκανε απλώς το φως να συμπεριφέρεται διαφορετικά — κατασκεύασε ένα νέο εργαλείο για την επιστήμη. Έναν νέο τρόπο μελέτης των κανόνων της φύσης, χρησιμοποιώντας κάτι που κάποτε θεωρούνταν αδύνατο να ελεγχθεί.

Και τώρα, χάρη σε αυτό το νέο πείραμα, το φως έχει προστεθεί στη λίστα των πραγμάτων που μπορούν να εισέλθουν σε μια από τις πιο παράξενες κβαντικές καταστάσεις που έχουν παρατηρηθεί ποτέ – ένα υπερστερεό.

photo: pixabay