Изучение свойств сверхтекучих жидкостей дало неожиданный побочный результат — видеозапись следов, которые оставляет в ней электрон.
По следам электрона: Увидеть невидимое

Строго говоря, это не был опыт по отслеживанию движения электронов — таким путем ученые занимались изучением свойств сверхтекучего гелия. Да и видео больше смахивает на фото: скорость съемки 4 кадра в секунду фиксировала один и тот же пузырек на одном кадре, а на следующем показывала уже другой пузырек. По сути, эксперимент состоит в создании методики, позволяющей визуализировать движения вихрей в жидком гелии — а уж «сенсационная» съемка стала его побочным результатом.

На видеозаписи (файл в формате MPEG) можно наблюдать световые точки, движущиеся по экрану вниз — одни по прямолинейной траектории, другие по извилистой. Но это не «Матрица», это результат элегантного — простого и эффектного — эксперимента, разработанного группой профессора Хэмфри Мариса (Humphrey Maris).

Световые точки — результат рассеяния света на микропузырьках, которые формируются вокруг электрона, проходящего сквозь сверхтекучую жидкость гелия II. Эффект этот известен уже около столетия: при прохождении через определенные среды (например, перенасыщенный пар) энергии элементарных частиц оказывается достаточно для формирования видимых изменений. Следы отдельных элементарных физики научились наблюдать еще в начале ХХ в. Не нов и этот пример кавитации — однако ученые нашли способ увеличить пузырьки в размерах, используя звуковые волны. После этого осталось установить домашнюю видеокамеру в режим ночной съемки — и…

Свободный электрон, двигаясь в жидкости, образует вокруг себя крохотный микропузырек. В обычных обстоятельствах пузырьки эти моментально схлопываются за счет сил поверхностного натяжения. Однако в сверхтекучем гелии эти силы крайне малы, и пузырьки способны расти — пока не достигнут размеров около 40 ангстрем, при которых оба воздействия уравновешивают друг друга. (О сверхтекучих жидкостях читайте в нашем обзоре пяти аномальных субстанций: «Наука с приветом».)

Однако тут вступает в дело генератор звуковых волн — проще говоря, громкоговоритель, создающий плоские, несфокусированные акустические колебания. Пронизывая весь экспериментальный объем жидкости, он меняет давление вокруг пузырька, уменьшает или увеличивает, в зависимости от фазы звуковой волны в конкретный момент и в конкретной области. При подходящих условиях микропузырек начинает расширяться вплоть до размера 8 мкм — вполне различимого глазом. Вспышки света, синхронизированные со звуковым генератором, не перегревают жидкость и подсвечивают пузырьки, окончательно делая их видимыми.

Исследователи хотели использовать радиоактивный источник электронов для образования множества пузырьков, способных визуализировать форму вихрей в жидком гелии (именно это является основной целью будущих работ). Однако построив установку, они обнаружили, что в экспериментальной емкости то и дело появляются свободные электроны, вокруг которых образуются видимые пузырьки. Большинство этих пузырьков движутся почти прямолинейно, однако некоторые избрали другой маршрут, траектория которого изгибается, как змея, демонстрируя скольжение пузырька вдоль оси вихря в сверхтекучем жидком гелии (подобно оси торнадо, это не всегда прямая).

Об удивительном и таинственном мире элементарных частиц читайте: «Квантовая сутра».

По сообщению Brown University