Před 15 lety vědci stvořili záhadné šesté skupenství hmoty. Může otevřít dveře k levnější energii

Před 15 lety američtí vědci oznámili, že vytvořili novou, šestou formu hmoty, takzvaný fermionický kondenzát. Do té doby vědci rozeznávali pět skupenství hmoty: plynné, kapalné, pevné, plazmu a Boseho-Einsteinův kondenzát, který byl objeven v roce 1995.

Na konci ledna 2004 zasáhla vědecký svět zpráva, která vedla k přepisování učebnic. Fyzici z Coloradské univerzity oznámili, že se jim povedlo vytvořit novou, doposud nepopsanou formu hmoty. Dali jí jméno fermionický kondenzát.

Patří mezi exotická skupenství, která mohou existovat jen ve výjimečných podmínkách. Ty na Zemi normálně neexistují, takže je lidstvo až do konce 20. století neznalo. Právě proto vědci museli fermionický kondenzát vytvořit, objevit a popsat v laboratoři, a to při extrémně nízké teplotě.

Experti z Coloradské univerzity ochladili pouhých 40 atomů draslíku v plynném skupenství, které byly zachycené v laserovém paprsku. Povedlo se je přivést na teplotu blízkou absolutní nule, tedy 273,15 stupňů Celsia pod nulou. Částice se v takovém chladu přestaly pohybovat, vědci je pak ještě bombardovali magnetickým polem. Výsledkem byl nový druh hmoty, který fungoval jako supravodič – to znamená, že přenášela energii absolutně bez ztráty.

Skupenství jsou přece jen tři

Na základních školách se děti učí, že skupenství jsou tři – pevná látka, kapalina a plyn. Už na středních školách se ale děti dozví o dalším skupenství, jímž je plazma. Ale pokud jsou to děti zvídavé, nebo pokračují ve studiích na univerzitě, naučí se, že všechno je ještě mnohem složitější a skupenství je šest – anebo možná také ještě mnohem více.

Skupenství totiž znamená způsob, jakým jsou částice uspořádané v látce. Pokud se to změní, změní se i vlastnosti hmoty. Látka v „normálním“ pevném skupenství má částice pevně uspořádané, mnohdy jsou dokonce uspořádané pravidelně. Tělesa v pevném skupenství díky tomu mohou držet svůj tvar – na rozdíl od situace, kdy jsou ve skupenství tekutém.

Jako kapalina už drží částice jen slabšími silami, kterou nejsou tak uspořádané. Proto tekutiny neudrží samy tvar – ale nejsou ani stlačitelné. Třetím „klasickým“ skupenstvím je plyn; jeho částice už nejsou drženy žádnými vazbami, takže spolu nějak reagují, když se srazí. Proto je plyn prchavý a snadno se mísí s jinými okolními plyny.

Čtvrtým skupenstvím je plazma, což je ionizovaný plyn se zvláštními vlastnostmi. Kolem nás ho pozorujeme jen málokdy – nejčastěji například v blescích, ale třeba také v zářivkách nebo elektrickém oblouku. Přesto jde zřejmě o nejrozšířenější skupenství v kosmu – tvoří drtivou většinu pozorované hmoty ve vesmíru. Plazma totiž tvoří hvězdy i mlhoviny.

Exotická skupenství hmoty

Roku 1924 předpověděli Albert Einstein a indický fyzik Šatendranáth Bose, že by mohlo existovat další skupenství hmoty, a to za teploty blízké úplné nule – vyznačovalo by se tím, že normálně neviditelný kvantový efekt by byl u něj pozorovatelný i na makromolekulární úrovni. Dostalo jméno Boseho-Einsteinův kondenzát.

Sedmdesát let patřila tato hmota jen do knih teoretické fyziky, ale 5. června 1995 se podařilo dvěma americkým fyzikům tuto látku vytvořit. Od té doby ho vědci intenzivně zkoumají. Experimenty s Boseho-Einsteinovým kondenzátem nyní probíhají také už na Mezinárodní vesmírné stanici.

Kromě těchto šesti popsaných skupenství hmoty vědci někdy považují za jedinečná skupenství také několik dalších stavů hmoty, které většinou vznikají za nějakých extrémních teplotních podmínek – ať už za výjimečného chladu, nebo v extrémním teple. Patří mezi ně například kvarkgluonové plazma, supratekutost, Fermiho plyn, degenerovaný elektronový plyn nebo takzvaná Rydbergova molekula. Ale vlastní skupenství by mohla mít třeba také nikdy nepozorovaná temná hmota.

Bude chleba levnější?

Přestože se jedná z běžného pohledu o zcela exotický výzkum, ve skutečnosti může mít obrovský dopad. Pokud by se podařilo pochopit, jak funguje hmota na kvantové úrovni, mohlo by to mít obrovské praktické dopady na vznik nových materiálů s netušenými vlastnostmi, ale i na způsob, jak lidstvo hospodaří s energií.

Jednou z vlastností, která se u exotických skupenství hmoty objevuje, je totiž supravodivost – tedy schopnost přenášet energii bez jakýchkoliv ztrát.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Invazní žravý sumeček znepokojuje české přírodovědce

Sumeček černý má sice jméno, které naznačuje, že jde o drobnou rybku, ale v tomto případě je název nevýstižný. Jde o více než půl metru velkého predátora, který má navíc vysoký potenciál způsobovat jako invazní druh velké problémy. A to i v Česku, kde se podle přírodovědců stává hrozbou.
před 5 hhodinami

Digitální dvojče Titanicu přineslo příběh posledních minut posádky

Podrobná analýza digitálního skenu Titanicu ukazuje nový pohled na poslední hodiny zaoceánského plavidla, které od svého ztroskotání v roce 1912 leží na dně severního Atlantiku. Poskytuje například nový pohled na kotelnu a potvrzuje výpovědi svědků, že strojníci pracovali až do konce, aby udrželi na palubě elektřinu a světlo, napsala stanice BBC, která se odvolává na nový dokument společností National Geographic a Atlantic Productions.
před 8 hhodinami

Dozvuky nákazy.⁠ Co se Evropa naučila z pandemie covidu-19

Pět let poté, co Světová zdravotnická organizace vyhlásila šíření covidu-19 za celosvětovou pandemii, Evropa stále bilancuje, co se změnilo a co nikoli. Tato reportáž a interaktivní mapa od projektu A European Perspective* sleduje, jak veřejnoprávní média na celém kontinentu reflektují dopad pandemie –⁠⁠⁠⁠⁠⁠ a ptá se: Mohou nové hrozby Evropu zastihnout stejně zranitelnou?
před 10 hhodinami

Dítě, zvířata a absence artefaktů ve výjimečném brněnském hrobě matou archeology

Archeologie je věda založená na hledání podobností. Vědci na základě podobných znaků hledají souvislosti, datují a vysvětlují. Jenže občas narazí na objev, který se nepodobá ničemu. A právě takový teď popsali archeologové v Brně.
včera v 14:48

Kosmická loď Sojuz se dvěma Rusy a jedním Američanem se připojila k ISS

Ruská kosmická loď Sojuz MS-27 se dvěma Rusy a jedním Američanem se v úterý po třech hodinách od startu připojila k Mezinárodní vesmírné stanici (ISS). Informovala o tom ruská vesmírná agentura Roskosmos a americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA).
včera v 12:15

Vědci „oživili“ zlovlky ze Hry o trůny. Mají tři štěňata

Díky genetické úpravě DNA se podařilo z obyčejných vlků vytvořit genetickou obdobu větších pravěkých vlků, kteří žili v Severní Americe a vyhynuli před deseti tisíci roky, tvrdí firma Colossal Biosciences.
včera v 11:50

„Potřebovala jsem se odzbrojit“. V terapii se stále častěji skloňuje ketamin

Lidé s duševním onemocněním se stále častěji obracejí k psychedelikům, tedy látkám, které navozují změněný stav vědomí. V Česku mohou legálně vyzkoušet zejména asistovanou terapii ketaminem, který podle odborníků umožňuje nahlédnout na problémy z jiné perspektivy, často u lidí, kterým nepomohla tradiční antidepresiva. „Ketamin by sám o sobě nic nevyřešil, ale naučil mě nechat nepříjemné věci prostě odplout,“ sdělila ČT24 Magdalena S., která ketamin v kontrolovaném prostředí vyzkoušela.
včera v 09:24

Letošní březen byl nejteplejším v Evropě

Letošní březen byl vůbec nejteplejším v Evropě, celosvětově pak dosáhly průměrné teploty druhé nejvyšší hodnoty v historii měření, informovala meteorologická služba Evropské unie Copernicus. Její satelity také zaznamenaly nejmenší březnovou plochu arktického ledu za 47 let od začátku jejího monitorování.
včeraAktualizovánovčera v 07:22
Načítání...