Вивчення властивостей надплинних рідин дало несподіваний побічний результат - відеозапис слідів, які залишає в ній електрон.
Строго кажучи, це не був досвід з відстеження руху електронів - таким шляхом вчені займалися вивченням властивостей надплинного гелію. Та й відео більше скидається на фото: швидкість зйомки 4 кадри в секунду фіксувала один і той же бульбашок на одному кадрі, а на наступному показувала вже інший бульбашок. По суті, експеримент полягає у створенні методики, що дозволяє візуалізувати рухи вихорів у рідкому гелії - а вже «сенсаційна» зйомка стала його побічним результатом.
На відеозаписі (файл у форматі MPEG) можна спостерігати світлові точки, що рухаються по екрану вниз - одні по прямолінійній траєкторії, інші за звивистою. Але це не «Матриця», це результат елегантного - простого і ефектного - експерименту, розробленого групою професора Хемфрі Маріса (Humphrey Maris).
Світлові точки - результат розсіювання світла на мікропузирках, які формуються навколо електрону, що проходить крізь надплинну рідину гелію II. Ефект цей відомий вже близько століття: при проходженні через певні середовища (наприклад, перенасичений пар) енергії елементарних частинок виявляється достатньо для формування видимих змін. Сліди окремих елементарних фізики навчилися спостерігати ще на початку ХХ ст. Не нов і цей приклад кавітації - проте вчені знайшли спосіб збільшити бульбашки в розмірах, використовуючи звукові хвилі. Після цього залишилося встановити домашню відеокамеру в режим нічної зйомки - і...
Вільний електрон, рухаючись в рідині, утворює навколо себе крихітний мікропузирок. У звичайних обставинах бульбашки ці моментально схлопуються за рахунок сил поверхневого натягнення. Однак у надплинному гелії ці сили вкрай малі, і бульбашки здатні рости - поки не досягнуть розмірів близько 40 ангстрем, при яких обидва впливи врівноважують один одного. (Про надплинні рідини читайте в нашому огляді п'яти аномальних субстанцій: «Наука з привітом».)
Однак тут вступає в справу генератор звукових хвиль - простіше кажучи, гучномовець, що створює плоскі, несфокусовані акустичні коливання. Пронизуючи весь експериментальний обсяг рідини, він змінює тиск навколо бульбашки, зменшує або збільшує, залежно від фази звукової хвилі в конкретний момент і в конкретній області. За відповідних умов мікропузирок починає розширюватися аж до розміру 8 мкм - цілком різного оком. Спалахи світла, синхронізовані зі звуковим генератором, не перегрівають рідину і підсвічують бульбашки, остаточно роблячи їх видимими.
Дослідники хотіли використовувати радіоактивне джерело електронів для утворення безлічі бульбашок, здатних візуалізувати форму вихорів у рідкому гелії (саме це є основною метою майбутніх робіт). Однак побудувавши установку, вони виявили, що в експериментальній ємності з'являються вільні електрони, навколо яких утворюються видимі бульбашки. Більшість цих бульбашок рухаються майже прямолінійно, проте деякі обрали інший маршрут, траєкторія якого згинається, як змія, демонструючи ковзання бульбашки вздовж осі вихору в надплинному рідкому гелії (подібно осі торнадо, це не завжди пряма).
Про дивовижний і таємничий світ елементарних частинок читайте: «Квантова сутра».
За повідомленням Brown University