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2012-12-14 10:13 |
物理學(xué)家成功在零重力下生長(zhǎng)氦晶體
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，最近，日本物理學(xué)家在研究零重力條件下晶體生長(zhǎng)的過(guò)程中，突破了實(shí)驗(yàn)室條件限制，在飛機(jī)上用氦-4超流液生成了長(zhǎng)達(dá)10毫米的氦晶體，檢驗(yàn)了氦晶體在更寬廣條件下生長(zhǎng)的特殊動(dòng)力學(xué)，這是普通材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。相關(guān)論文發(fā)表在當(dāng)日的《新物理學(xué)雜志》上。 >^f)|0dn)E
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該氦晶體是利用高壓，在0.6K（約零下272℃）的極低溫度下，以超流液潑濺的方式生長(zhǎng)出來(lái)。超流液是一種量子態(tài)物質(zhì)，其性質(zhì)像液體但黏度為零，所以在高壓下也能暢通無(wú)阻。超流液能流過(guò)極微小的縫隙而沒(méi)有任何摩擦阻力。 N%r L=zE
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晶體生長(zhǎng)過(guò)程也叫“奧斯特瓦爾德熟化”（Ostwald ripening），即在溶液中，較小的結(jié)晶會(huì)溶解并再次沉積到較大的結(jié)晶上。“奧斯特瓦爾德熟化通常是一種很慢的過(guò)程，短時(shí)間內(nèi)在較大晶體中幾乎無(wú)法看到�！闭撐念I(lǐng)導(dǎo)作者、東京工業(yè)大學(xué)教授野村龍司（音譯）說(shuō)，“對(duì)于普通的傳統(tǒng)晶體，要形成最后的固定形狀可能要花幾千年。而低溫氦晶體1秒鐘就能達(dá)到它們的最終形狀。一般氦晶體生長(zhǎng)超過(guò)1毫米時(shí)，就會(huì)由于重力的作用而變形，這也是我們?yōu)楹我陲w機(jī)上做該實(shí)驗(yàn)的原因�！� hAr[atu87
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當(dāng)飛機(jī)以特殊軌跡，也就是沿拋物線飛行時(shí)，飛機(jī)上的重力為零。研究人員與日本航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）合作，在一架小型噴氣式飛機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。該飛機(jī)能提供20秒的零重力條件，在一次兩小時(shí)的飛行中，大約能做8個(gè)實(shí)驗(yàn)。 Qi E<[QP{g
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他們?cè)陲w機(jī)上設(shè)計(jì)了一個(gè)專用的小冰箱，上面裝有窗口以觀察晶體形成。他們把一塊較大的氦晶體放在高壓室中，用聲波將其擊碎成微小顆粒，然后潑入氦-4超流液，較小顆粒融解其中，較大的則迅速生長(zhǎng)，很快形成一個(gè)10毫米長(zhǎng)的獨(dú)立晶體。 L^Q+Q)zTh
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“氦晶體能極快地從超流液中生長(zhǎng)出來(lái)，因?yàn)楹ぴ邮怯煞浅ｌ`敏迅捷的超流液攜帶，結(jié)晶過(guò)程不受任何阻礙。這是一種研究晶體形成基本問(wèn)題的理想材料，因?yàn)榻Y(jié)晶速度極快�！饼埶菊f(shuō)。這項(xiàng)研究有助于人們理解晶體生長(zhǎng)背后的基本物理機(jī)制，也揭示了隱藏在重力下面的一些現(xiàn)象。
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