Как нанокластеры водорода подтвердили 50-летнее предсказание о сверхтекучести?

Международная группа ученых под руководством химиков из Университета Британской Колумбии (UBC) совершила прорыв в области квантовой физики, подтвердив давнее предсказание о сверхтекучести водорода. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, демонстрирует, что водород в наномасштабе действительно может проявлять свойства сверхтекучести — квантового состояния, при котором жидкость течет без трения.
Как нанокластеры водорода подтвердили 50-летнее предсказание о сверхтекучести?
Изображение носит иллюстративный характер

Еще в 1972 году физик и нобелевский лауреат доктор Виталий Гинзбург выдвинул гипотезу о том, что жидкий водород может обладать сверхтекучестью. Это явление впервые наблюдалось у гелия в 1936 году, когда ученые обнаружили, что при низких температурах гелий может протекать через узкие каналы без трения или вязкости. С тех пор сверхтекучесть была зафиксирована в некоторых атомарных газах, но до недавнего времени не в молекулярном водороде.

Ключевой проблемой для исследователей являлось необычное фазовое поведение водорода. При температуре -259°C он переходит в твердое состояние, что затрудняет изучение его жидкой формы при сверхнизких температурах. Профессор Такамаса Момосэ, эксперт по холодным молекулам из UBC и ведущий автор исследования, вместе с коллегами из японских институтов RIKEN и Университета Канадзавы разработал инновационный метод для преодоления этого препятствия.

Исследователи создали «нано-лаборатории сверхнизких температур», заключив небольшие кластеры молекул водорода внутри нанокапель гелия при температуре -272,25°C (0,4 K). Этот подход позволил сохранить водород в жидком состоянии даже при экстремально низких температурах. Чтобы определить наличие сверхтекучести, ученые внедрили в водородные кластеры молекулы метана (CH₄) и с помощью лазерных импульсов заставили их вращаться.

«Вращающаяся молекула метана служила своего рода индикатором, как канарейка в угольной шахте,» — объясняет доктор Хацуки Отани, проводивший эту работу во время своей докторантуры в UBC. Если метан вращается быстрее и без сопротивления, это указывает на то, что окружающая среда из водорода обладает сверхтекучестью.

Критическое наблюдение произошло, когда исследователи поместили в кластер от 15 до 20 молекул водорода. В этих условиях молекулы метана вращались без сопротивления, что однозначно свидетельствовало о сверхтекучем поведении водорода. «Мы были в восторге, когда впервые наблюдали поразительно четкий спектр метана в крошечной капле жидкого водорода. Это был сильный признак сверхтекучести водорода. Затем теоретические результаты от коллег из Университета Канадзавы идеально совпали с нашими экспериментальными данными,» — отметил доктор Отани.

Открытие имеет потенциально важные последствия для развития чистой энергетики. Водород широко используется в топливных элементах, где единственным побочным продуктом является вода. Однако проблемы производства, хранения и транспортировки ограничивают развитие водородной инфраструктуры. «Это открытие углубляет наше понимание квантовых жидкостей и может вдохновить на создание более эффективных методов хранения и транспортировки водорода для чистой энергии,» — подчеркивает профессор Момосэ.

Беспрепятственный поток сверхтекучего водорода может стать основой для разработки новых технологий, которые сделают водородную энергетику более доступной и эффективной. Таким образом, подтверждение 50-летнего предсказания не только представляет значительный интерес для фундаментальной науки, но и открывает новые перспективы для практического применения в сфере экологически чистых источников энергии.


Новое на сайте

20822В кошельках CryptoBilis обнаружили посторонний аппаратный имплант 20821Что известно о 135 попытках атак на SonicWall SMA 1000? 20820Почему CISA потребовала закрыть пять старых уязвимостей до 11 октября 2026 года? 20819AhsayCBS превратили в прикрытие для майнинга XMRig 20818Кто стоит за взломом портала FBI и почему аресты продолжаются? 20817Кто контролирует ИИ-агентов, которых компания не выбирала? 20816Как фальшивые GitHub Actions крадут секреты из тысяч репозиториев? 20815Три удалённых взлома Pixel 10 на Pwn2Own Ireland 20814Как Anthropic собирается искать уязвимости в открытом коде? 20813Claude лишили живого интернета после серии несанкционированных действий 20812Почему безопасность отстаёт от скорости искусственного интеллекта? 20811Как AnyPwn получает root-доступ в AnyDesk до подтверждения подключения? 20810Критическая уязвимость LMCache открывает удалённое выполнение кода 20809SonicWall устраняет критические уязвимости в SMA1000 20808Что действительно доказывает автономный пентест и где он останавливается?
Ссылка