液体ヘリウムは摂氏マイナス268度以下の温度で、MRI装置や粒子加速器を適切に冷却します（やった！）。しかし、液体ヘリウムの温度がそれよりも低くなると、実用性は薄れ、奇妙な現象が起こります。
温度が下がるにつれて、液体ヘリウムの超流動状態はますます大きくなります。超流動ヘリウムは、容器の壁を登ったり、通常の液体ヘリウムでは通過できないほど小さな孔から漏れ出たりと、一見不可能と思われる現象を起こすことがあります。この時点で、超流動ヘリウムは量子物理学の効果を示しており、物理学者にとって特に興味深い現象となっています。そして今、新たな研究において、国際的な物理学者チームが超流動ヘリウムの微小液滴の画像を撮影し、ごく微量の超流動ヘリウムでさえも異常な挙動を示すことを発見しました。
物事は少し現実的ではなくなり、ずっと奇妙になっていきます。
まず、研究チームは超流動ヘリウムのナノサイズの液滴を真空中に発射しました。同時に、自由電子レーザーを真空中に照射し、液滴を捉えて回転しながら通過する液滴の画像を撮影しました。撮影された画像から、各液滴には100個以上の量子渦（液滴を3次元的に満たす微小な渦）が含まれていることが明らかになりました。この量子渦は液滴の構造を維持するのに役立ち、通常の液滴であれば飛び散ってしまうような速度で回転しているときでも、液滴は安定した単一の液滴のままです。とはいえ、液滴の高速回転により、多くの液滴は球形ではなく卵形を呈しました。液滴の1%は奇妙な車輪形状を呈していました。
このような研究から、MRIのような実用的なものがすぐに生まれるとは期待しないでください。むしろ、超流動ヘリウムの研究は、一般的に量子力学への窓となることを目的としています。なぜなら、超流動体中のすべての原子は同じ量子状態にあるからです。つまり、科学者が他の方法では観察できない、より大きな量子力学に基づく効果を生み出すのです。
量子力学は、時折、実用化の道筋を示してきました。この種の物理学は、科学者がレーザー、トランジスタ、超伝導体を解明するのに役立ってきました。実際、「超流体」という名称は「超伝導体」という言葉に由来しています。超伝導体が電流を非常によく伝導するのと同じように、超流動ヘリウムは熱を非常によく伝導するという考え方です。
超流動ヘリウムを研究するチームは先週、その研究結果をサイエンス誌に発表した。
