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Los Alamos National Laboratory の研究者 Alexander Balatsky と Matthias Graf は、コーネル大学の物理学者 J.C. Séamus Davis らと協力して、ヘリウム-4の挙動に関する別の説明を述べ、科学者が 40 年近く信じていた、絶対零度近くまで冷却すると液体と固体が同時に性質を持つ物質になりうるということを説明しました。 華氏マイナス452度以下に冷やされると、ヘリウム-4は液体になります。 超低温では、ヘリウム-4は「超流動体」になり、摩擦に邪魔されずに流れることができる粘性のない液体になります。

この低温で圧力をかけると、ヘリウム-4原子は秩序だった格子、すなわち固体に配列します。これは約40年前に物理学者が超固体と同様に摩擦なく振る舞うことができると考えたもので、物質のバルク格子が単一の摩擦なしの物体として動く、唯一の理論上の物質の状態となります。

物理学者たちは、回転速度を測定する特殊な装置で液体ヘリウム4を前後に振動させた後、ヘリウム4が超固体であるという考えにたどり着きました。 固体になるような条件下でこの運動を測定したところ、振動速度がわずかに増加し、あたかも質量の一部が抜けて他の物質との相互作用に阻害されなくなったかのような現象に気づきました。 この効果は超固体の証拠と解釈された。超固体とは、固体の質量の一部が固体格子の残りの部分と一緒に動かず、むしろ格子の中を自由に流れるような相のことである

Los Alamos の研究者バラツキーとグラフは、この効果が全く別の説明で記述できることを仮定した。 彼らは、振動速度の変化は、ヘリウム-4格子内の不完全な部分が徐々に「凍結」した結果として生じたと考えた。 非常に基本的なレベルで説明するために、バラツキーは回転する卵を使用した

新鮮な卵は、殻の中に卵黄と卵白の混合物である。 回転させると、卵の殻の中の液体の相互作用により、比較的ゆっくりとした回転になる。

この単純化されたアナロジーを検証するために、バラツキー氏とデイビス氏らは、これまでの実験に使われていたものより1万倍も感度の高いねじり振動子を使った実験を考案した。 研究者たちは、一定の発振速度で温度を変化させた結果と、一定の温度で発振速度を変化させた結果を比較した。 さらに重要なことは、この実験では、ある「臨界温度」において、微視的欠陥の緩和が突然、明確に変化することがなかったことである。 このような鋭い区分の欠如は、ヘリウム 4 の超固体への相変化に対する証拠となります。

その代わりに、先に観察された挙動は、何らかのエキゾチックな挙動ではなく、日常の物理の結果であることを示唆しています。

「この実験は、ヘリウム-4の超固体形成の可能性を決定的に排除するものではありませんが、以前の実験で観察された挙動に対して合理的な代替説明を行ったという事実は、見られていたのは超固体への相変化であるという議論を弱めます」と、バラツキー氏は述べています。

ロスアラモス研究者のバラツキー氏とグラフ、コーネルの物理学者デービス氏に加え、論文の共著者には以下の方々が含まれます。 コーネル大学の元研究員で現在は国立標準技術研究所のEthan Pratt氏、マサチューセッツ工科大学のBen Hunt氏と大学院生のVikram Gadagkar氏、京都大学の山下稔氏が論文の共同執筆者です。