Thí nghiệm đơn giản tạo ra trạng thái vật chất lạ

Các nhà vật lý tại Đại học Chicago (Mỹ) thả một hòn bi vào thùng cát nén lỏng lẻo, làm vọt lên một tia cát có tính chất giống như một dạng đặc biệt của chất lỏng đặc. Họ mô tả nó là trạng thái lạ thường của vật chất.

"Chúng tôi khám phá ra một trạng thái mới của chất lỏng, tồn tại dưới dạng tổ hợp của khí - trong trường hợp này là không khí - và các hạt vật chất đậm đặc. Hiện tượng này thật đáng kinh ngạc", trưởng nhóm nghiên cứu Heinrich Jaeger nói.

Nó làm việc như thế nào?

Những trạng thái kỳ lạ của vật chất đôi khi được tạo ra trong điều kiện cực lạnh, gần tới độ không tuyệt đối. Mọi vật đều trở nên khác thường ở điểm tới hạn đó (các phân tử hầu như ngừng chuyển động). Nhưng thí nghiệm này lại diễn ra ở nhiệt độ phòng. 

"Dòng cát vọt lên giống như một dòng khí siêu đậm và siêu lạnh. Chữ lạnh ở đây không ám chỉ nhiệt độ xung quanh, mà ở cách thức chúng tôi xác định nhiệt độ thông qua sự chuyển động ngẫu nhiên của các hạt", Jaeger giải thích. "Trong dòng cát này, có rất, rất ít chuyển động ngẫu nhiên".

Mặc dù được thông báo hôm qua, song hiện tượng này lần đầu tiên được ghi nhận là từ năm 2001, trong công trình của Sigurdur Thoroddsen và Amy Shen, những người sau đó công tác tại Đại học Illinois ở Urbana-Champaign (Mỹ).

Jaeger đã khuyến khích sinh viên của ông là Andrew Flior lặp lại thí nghiệm, và một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Detlef Lohse ở Đại học Twente, Hà Lan, đã sử dụng video tốc độ cao và các mô hình máy tính để phỏng đoán rằng dòng hạt cát sinh ra do lực hấp dẫn khi vật liệu ào vào để lấp đầy chỗ rỗng mà hòn bi để lại.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra những bức ảnh X quang ở tốc độ 5.000 hình/giây. Họ kết luận rằng không khí bị nén giữa các hạt cung cấp hầu hết năng lượng để lái dòng cát (một thí nghiệm tương tự thực hiện trong điều khiện áp suất không khí thấp đã không tạo được dòng mạnh mẽ như vậy).

"Kết quả này khác xa so với phỏng đoán", Lohse nói. "Chúng tôi từng nghĩ rằng ảnh hưởng của không khí sẽ làm yếu dòng khí, nhưng trong trường hợp này thì ngược lại".

Dòng cát bị phân làm hai phần riêng biệt, một dòng cứng và còn lại là một luồng hạt.

"Một trong những bí ẩn lớn nhất mà chúng tôi vẫn chưa giải được là tại sao dòng cát lại có ranh giới rõ ràng đến vậy".

Bạn có thể lặp lại thí nghiệm cơ bản này tại nhà, mặc dù sẽ không có quỹ nào tài trợ cho việc chụp ảnh và do đó bạn không thể quan sát trọn vẹn hiện tượng. Đổ đường vào một bình chứa sao cho nó ở trạng thái lỏng lẻo. Thả một hòn bi vào bình và quan sát.

T. An (theo LiveScience)