کد خبر ۱۰۴۱۵۵۴
تاریخ انتشار: ۱۰:۲۰ - ۱۲-۱۲-۱۴۰۳
کد ۱۰۴۱۵۵۴
انتشار: ۱۰:۲۰ - ۱۲-۱۲-۱۴۰۳

هیدروژن در مقیاس نانو به ابرسیال تبدیل شد؛ تأیید پیش‌بینی ۵۰ ساله

هیدروژن در مقیاس نانو به ابرسیال تبدیل شد؛ تأیید پیش‌بینی ۵۰ ساله
ابرسیالیت، مفهومی که نخستین‌بار در سال ۱۹۳۶ در هلیوم کشف شد، حالتی است که در آن، مایع می‌تواند از میان باریک‌ترین کانال‌ها بدون هیچ‌گونه اصطکاکی عبور کند. این پدیده بعدها در برخی گازهای اتمی نیز مشاهده شد.

پژوهشگران دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC) و همکارانشان در ژاپن برای نخستین‌بار موفق شدند ویژگی ابرسیالیت را در خوشه‌های نانومقیاس هیدروژن در دمای پایین مشاهده کنند.

به گزارش ایسنا، این یافته، پیش‌بینی‌ را که نیم قرن پیش توسط فیزیکدان برنده‌ی نوبل، ویتالـی گینزبورگ، مطرح شده بود، تأیید می‌کند و می‌تواند تحولی در ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک ایجاد کند.

ابرسیالیت، مفهومی که نخستین‌بار در سال ۱۹۳۶ در هلیوم کشف شد، حالتی است که در آن، مایع می‌تواند از میان باریک‌ترین کانال‌ها بدون هیچ‌گونه اصطکاکی عبور کند. این پدیده بعدها در برخی گازهای اتمی نیز مشاهده شد.

در سال ۱۹۷۲، دکتر ویتالی گینزبورگ (Vitaly Ginzburg)، برنده‌ی جایزه نوبل فیزیک، این فرضیه را مطرح کرد که هیدروژن مایع نیز می‌تواند یک ابرسیال باشد. با این حال، تا کنون دانشمندان نتوانسته بودند این فرضیه را به‌طور تجربی تأیید کنند.  برای نخستین‌بار، پژوهشگران نشان داده‌اند که خوشه‌های نانومقیاس هیدروژن در دماهای فوق‌العاده پایین می‌توانند به ابرسیال تبدیل شوند؛ وضعیتی کوانتومی که در آن، مایع بدون اصطکاک و ویسکوزیته جریان می‌یابد.

 پیش از این، چنین رفتاری فقط در هلیوم مشاهده شده بود. این پژوهش که توسط تیمی بین‌المللی از دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC)، مؤسسه RIKEN و دانشگاه کانازاوا (Kanazawa) انجام شده، در نشریه‌ی Science Advances منتشر شده است.

دکتر تاکاماسا موموزه متخصص مولکول‌های سرد و نویسنده‌ی ارشد مقاله، می‌گوید: «این کشف درک ما از مایعات کوانتومی را عمیق‌تر می‌کند و می‌تواند الهام‌بخش روش‌های جدیدی برای ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل کارآمدتر هیدروژن، به عنوان سوختی پاک، باشد.»

برخلاف هلیوم، مطالعه‌ی هیدروژن در حالت مایع بسیار دشوار است، زیرا در دمای ۲۵۹- درجه‌ی سانتی‌گراد به‌طور طبیعی به حالت جامد در می‌آید. اما تیم پژوهشی دکتر موموزه با استفاده از نانوقطره‌های هلیوم به عنوان محفظه‌ای فوق‌العاده سرد، موفق شدند خوشه‌های هیدروژن را در حالت مایع نگه دارند. آن‌ها دمای محیط را تا ۲۷۲.۲۵- درجه‌ی سانتی‌گراد (۰.۴ کلوین) کاهش دادند و خوشه‌های نانومقیاس هیدروژن را درون این محفظه‌ها قرار دادند.

چگونه ابرسیالیت هیدروژن تأیید شد؟ برای آزمایش ابرسیالیت، پژوهشگران یک مولکول متان را درون خوشه‌های هیدروژن قرار دادند و آن را با پالس‌های لیزری به چرخش درآوردند. این روش مانند یک “قناری در معدن زغال‌سنگ” عمل می‌کند؛ به این معنا که اگر مولکول متان بتواند بدون هیچ مقاومتی سریع‌تر بچرخد، نشان‌دهنده‌ی این است که محیط اطراف آن (هیدروژن) به حالت ابرسیال درآمده است.

نتایج آزمایش‌ها نشان داد که زمانی که تعداد مولکول‌های هیدروژن در یک خوشه بین ۱۵ تا ۲۰ عدد باشد، مولکول متان بدون مقاومت می‌چرخد. این یافته، نشانه‌ای قطعی از ابرسیالیت در هیدروژن است.

دکتر هاتسوکی اوتانی که این پژوهش را در زمان دانشجویی دکترای خود در UBC انجام داده، می‌گوید: «وقتی برای نخستین‌بار طیف واضح متان را در یک قطره‌ی کوچک از هیدروژن مایع مشاهده کردیم، بسیار هیجان‌زده شدیم. این نشانه‌ای قوی از ابرسیالیت هیدروژن بود. سپس نتایج نظری همکاران ما در دانشگاه کانازاوا کاملاً با داده‌های تجربی ما مطابقت داشت.»

هیدروژن یکی از اصلی‌ترین گزینه‌های سوخت پاک است، زیرا در سلول‌های سوختی تنها محصول جانبی آن آب است. اما تاکنون، چالش‌های مرتبط با تولید، ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل این گاز، زیرساخت‌های مرتبط با آن را محدود کرده است.

کشف جریان بدون اصطکاک هیدروژن ابرسیال می‌تواند مسیر را برای فناوری‌های جدید ذخیره و انتقال هیدروژن هموار کند و منجر به بهره‌وری بالاتر در صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر شود.

این پژوهش، نه‌تنها یک پیش‌بینی ۵۰ ساله را به واقعیت تبدیل کرد، بلکه پنجره‌ای جدید به‌سوی درک بهتر پدیده‌های کوانتومی و کاربردهای عملی آن در فناوری‌های آینده گشود.

پربیننده ترین پست همین یک ساعت اخیر
برچسب ها: هیدروژن ، ابرسیال
ارسال به دوستان
جریمه سه نماینده فوتبال ایران در آسیا/ استقلال و تراکتور ۲۱ هزار دلار جریمه شدند کره‌ شمالی به اتحادیه‌اروپا: سرتان به کار خودتان باشد! سازمان راهداری از شنبه از کامیون‌های بدون بارنامه، عوارض می‌گیرد هشدار مدیریت بحران: مردم از سفرهای غیرضروری به مناطق سیل‌خیز خودداری کنند/ نزدیک رودخانه‌ها نشوید ترامپ: تماس‌هایی درباره نارضایتی از وزیر جنگ وجود دارد/ فعلا قصد برکناری ندارم تلف شدن ۳۵ راس گوسفند بر اثر برخورد صاعقه در خراسان جنوبی R129؛ نخستین نسل مرسدس بنز SL که در اشتوتگارت تولید نشد (+عکس) رئیس سازمان انرژی اتمی: تهدیدهای مکرر رئیس‌جمهور آمریکا علیه تأسیسات هسته‌ای ایران نشانه درماندگی آن‌هاست ادامه روند ناکامی‌های شمس‌آذر/ برتری ارزشمند صنعت‌نفت 7 سازگاری شگفت انگیز بدن انسان؛ از مردمانی با سالم ترین قلب های جهان تا غواصانی با طحال بزرگ تر! از بهترین و بدترین خوراکی ها برای معده خالی شنیده صدای چند انفجار در شرق عربستان گفتگوی تلفنی عراقچی با وزرای خارجه قبرس، کویت و ترکیه دیدار محسن رضایی و پوتین در مسکو (+فیلم)/ رضایی پیام رهبر معظم انقلاب را به پوتین تقدیم کرد ترامپ: قصد دارم پیت هگست را در سمتش حفظ کنم