Vznášajúce sa disky, kvapaliny tečúce nahor a objekty prechádzajúce jeden cez druhý. Za bežných okolností ide o sci-fi, pri extrémne nízkych teplotách je však situácia iná.
Už po stáročia sa kúzelníci a iluzionisti snažia presvedčiť dôverčivé masy, že dokážu prechádzať cez betónové steny alebo sú schopní ignorovať zákon gravitácie. Aj v súčasnosti nás David Copperfield ohuruje schopnosťou prejsť cez Veľký čínsky múr. Je to síce efektné, ale aj kvantový svet všeličo ponúka.
Na prvý pohľad bizarné fenomény nie sú však len drahou zábavou roztopašných vedcov, ale pomáhajú nám pochopiť základné princípy fyziky (aj chémie i biológie), nájsť riešenie na odvrátenie hroziacej energetickej krízy a možno aj poodhaliť tajomstvá vesmíru. Vitajte v supersvete, podobnom krajine zázrakov, kde by sa Alica nestačila čudovať.
V súčasnosti ho vieme vytvoriť zatiaľ iba v malom teplotnom rozmedzí nad absolútnou nulou.
Pomohli nájsť Higgsov bozón
Po schladení hélia na teplotu 2 K (čo je -271,15 °C) sa z neho stáva kvapalina s nulovou viskozitou (teda nedochádza k stratám energie spôsobeným trením), je vlastne superriedkou tekutinou. Možno ho mechanicky roztočiť a bude sa bude stále pohybovať dookola. Toto supratekuté hélium je tiež schopné tiecť nahor. Ak z neho trocha vylejeme do nádoby, začne sa pomaly šplhať po jej stenách. Keď dôjde hore, prepadne sa cez okraj a vytečie von. Na rozdiel od tepelných vlastností supratekutého hélia, pre ktoré ho vedci využívajú na chladenie tisícok supravodivých magnetov vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (Large Hadron Collider – LHC) v CERN-e, tento úkaz zatiaľ nemá praktické využitie. Spomínané zariadenie s obvodom 27 kilometrov potrebuje približne 120 ton chladiacej kvapaliny, supratekuté hélium sa pritom ohreje iba o zanedbateľných 0,1 K/km.
Aj supravodivé magnety majú výnimočné vlastnosti. Pri teplotách blízkych 0 K strácajú mnohé kovy vnútorný elektrický odpor – teda pri malom napätí nimi môže tiecť značný elektrický prúd. Ten následne vyvolá vznik silného magnetického poľa. Podobne ako môže supratekuté hélium donekonečna rotovať, aj cez supravodiče môže tiecť prúd neobmedzene dlho. Navyše, zatiaľ čo bežné káble strácajú pri prenose elektriny do domácností približne 10 % energie, pri supravodičoch tepelné straty neexistujú.
Deväť rokov Transrapidu
Už desaťročie jazdia v Šanghaji experimentálne magnetické rýchlovlaky využívajúce Meissnerov efekt. Ide o to, že ak supravodič umiestnime tesne nad magnet, napriek gravitácii naň nespadne, ale bude sa vznášať (technológia sa nazýva maglev, skratka z magnetic levitation). Magnet totiž indukuje v supravodiči vznik elektrického prúdu, ktorý vytvorí magnetické pole pôsobiace proti magnetu. Vzájomné odpudzovanie drží supravodič vo vzduchu. Ak do podvozku vlaku vložíme keramické supravodiče, dostaneme bezkontaktný transportný systém, ktorý stačí chladiť kvapalným dusíkom s teplotou -196 °C namiesto oveľa drahšieho kvapalného hélia.
Bozóny a fermióny
Predstavme si teraz systém tvorený dvoma identickými časticami. Ak vzájomne zameníme ich polohy v priestore, nové usporiadanie bude vyzerať rovnako ako pred zámenou a novovzniknutý systém bude mať identické vlastnosti s predchádzajúcim. Kvantová teória však zaregistruje výmenu častíc tak, že vynásobí ich kvantový stav fázovým faktorom. Ďalšou výmenou častíc dôjde k druhému vynásobeniu, ale častice sú znova v pôvodnom stave. To znamená, že druhá mocnina fázy musí byť 1, teda fázový faktor sa musí rovnať buď 1, alebo -1.
Ide však o viac než len o matematický trik: je to vyjadrenie dvojitej podstaty prírody na úrovni elementárnych častíc. Teoretici už v minulom storočí ukázali, že fyzikálne vlastnosti kvantového objektu sú dané súčtom všetkých možností, ktorý vo výsledku poskytne pravdepodobnosť výskytu danej častice v konkrétnom stave.
Tie výsledky môžu byť principiálne dva – v jednom má fázový faktor hodnotu 1, v druhom -1. Tieto dve čísla reprezentujú dva typy elementárnych častíc známych
ako bozóny a fermióny.
