مؤشر ثابت الحرارة

في غرفة مظلمة للمصيدة، ترقص آلاف الجسيمات المشحونة تحت تأثير المجالات الكهربائية. في البداية تتحرك بحرية، مثل حشد في ساحة، ولكن بمجرد تبريد السحابة، يتباطأ الرقص: تبدأ الأيونات في الإحساس ببعضها البعض، وتصبح خطواتها مقيدة. في لحظة ما، يتجمد الحركة تمامًا، وتتحول السحابة إلى ما يشبه السائل، حيث تهتز كل جسيمة في مكانها ولكنها لا تستطيع الابتعاد كثيرًا.

الموصل الفائق هو مادة تتدفق فيها الكهرباء دون فقدان، مثل الماء في أنبوب أملس تمامًا. لكن إذا ضغطته قليلاً، مثل الزنبرك، تتغير خصائصه. لطالما أراد العلماء قياس كمية الحرارة التي تمتصها هذه المادة المضغوطة، لكن الأجهزة لم تكن تتسع في الجهاز الضيق. الآن توصلوا إلى طريقة لتجاوز هذه العقبة.

في العالم الكمومي، يمكن للجسيمات أن تندمج في سائل واحد يتدفّق دون احتكاك. واحدة من أكثر أشكاله غموضًا هي سائل هول الكمومي الكسري (fractional quantum Hall liquid). فيه تتحرّك الإلكترونات أو الذرّات كدوّامة واحدة، وينقسم شحنه إلى أجزاء، مثل فطيرة مقطّعة إلى قطع متساوية تمامًا. لكن تحضير مثل هذا السائل في المختبر يشبه محاولة تركيب أحجية صورة حيث تخاف كل قطعة من اللمس.

الجليد العادي عند درجة حرارة منخفضة جدًا وضغط مرتفع لا يذوب، بل يتحول إلى مادة صلبة أخرى — غير متبلورة (Amorphous) أيضًا، لكنها أكثر كثافة بكثير. لفترة طويلة، لم يستطع أحد فهم ما يحدث بالضبط في اللحظة التي يبدأ فيها الجليد الهش بالتحول إلى كثيف. في الدراسة الجديدة، بنى الفيزيائيون نموذجًا حاسوبيًا ورأوا بوضوح لأول مرة الحدود بين هاتين الحالتين.

يتقاطع شعاعان ليزريان بزاوية ضئيلة للغاية، فتظهر شبكة غير مرئية في سحابة من ذرات الروبيديوم: بعض الذرات مثارة والبعض الآخر ليس كذلك. ثم تبدأ هذه الشبكة في الذوبان، مثل رسم على الرمال تحت هبوب الرياح. تتصادم الذرات مع جزيئات الغاز المحيط وتتفرق في كل اتجاه. تعتمد سرعة هذا التلاشي بشكل مباشر على نوع الغاز المحيط.

نفس مجموعة القطع يمكن أن تتشكل في أشكال مختلفة — تمامًا كما يمكنك من كرات مغناطيسية بناء مكعب صغير أو كرة كبيرة. هكذا تتصرف بروتينات فيروس التهاب الكبد B: فهي تبني كبسولتين بحجمين مختلفين. إحداهما تتكون من 90 زوجًا بروتينيًا، والأخرى من 120 زوجًا. كلتاهما مستقرتان وتوجدان في الخلايا الحية وفي أنبوب الاختبار. الفرق يكمن في الملح.