در فيزيك كلاسيك مشخص شده كه مايع در اثر كشش سطحي (ناشي از نيروهاي چسبنده بين مولكولي) تمايل دارد مساحت سطح خود را به حداقل برساند؛ اين مكانيسم ماكروسكوپي باعث تشكيل قطرات باران يا حباب هاي صابون مي شود. اكنون دانشمندان ايتاليايي ايجاد قطره كوانتومي منفردي را مشاهده كرده اند كه مي توان آن را به باران كوانتومي تشبيه كرد.
براساس گزارش Phys، محققان مؤسسه ملي اپتيك ايتاليا و دانشگاه فلورانس تشكيل قطرات را در گاز كوانتومي فوق رقيق مشاهده كرده اند كه همانند مايعات معمولي توسط اثرات كشش سطحي ايجاد مي شود. اين پديده بسيار نادر است؛ زيرا گازهاي كوانتومي ميليون ها بار كمتر از مايعات چگالي دارند و معمولاً فاقد كشش سطحي موردنياز براي نگه داشتن قطرات در كنار هم هستند. تشكيل قطرات كوانتومي نشان مي دهد اتفاقي بسيار غيرعادي در چنين چگالي كمي رخ مي دهد.
اين يافته ها مي توانند به كشف روش هاي تازه براي توسعه مواد جديد و فناوري هاي كوانتومي كمك كنند.
مشاهده اولين باران كوانتومي قبل از آنكه به يافته هاي محققان بپردازيم، بهتر است با مفهوم كشش سطحي آشنا شويد. كشش سطحي (Surface tension) نيروي منسجم در سطح مايع است كه مولكول هاي آن را به سمت يكديگر مي كشد و فضاي سطح را كاهش مي دهد؛ درنتيجه، مايع شكل هايي مانند قطره به خود مي گيرد و در طبيعت نيز آن را به صورت شبنم، حباب هاي صابون و قطرات باران مي بينيم.
در برخي موارد نيز كشش سطحي منجر به ناپايداري مويرگي مي شود، در اين مواقع قطرات جدا مي شوند تا انرژي سطح را كاهش دهند؛ براي مثال جريان استوانه اي مايع به دليل كشش سطحي ناپايدار و به قطرات تبديل مي شود. وقتي شير آب را باز مي كنيد، در جريان استوانه اي مايع مي بينيد كه قطرات جدا مي شوند.
اين پديده ها معمولاً در مايعات معمولي مشاهده مي شوند اما محققان وقوع آنها را در مخلوط فوق سردي از اتم هاي پتاسيم و روبيديم مشاهده كردند. محققان مي گويند اين اولين بار است كه گاز اتمي چنين رفتاري از خود نشان مي دهد.
محققان مشاهده كردند وقتي گاز كوانتومي فوق رقيق (مخلوط اتمي پتاسيم روبيديم) به دماي نزديك به صفر مطلق رسيد، در فاز گازي ماند اما هم زمان خواص مايع مانندي نيز داشت و يك قطره كوانتومي منفرد را تشكيل داد. وقتي اين قطره در مسيري كه ليزر ايجاد كرده بود، قرار گرفتند، مانند خط نازكي كشيده شد و اين قطره كوانتومي دراز، ناپايدار شد و به قطرات كوچك تري بدل گشت.
يافته هاي اين پژوهش در Physical Review Letters منتشر شده است.