Az élethez a legtöbb földi organizmusnak alapvető szüksége van oxigénre, illetve a belőle képződő kétatomos dioxigén (O2) molekulára, ami a bolygó légkörének körülbelül 21%-át alkotja. A fontos komponens azonban közel sem csak gáz állapotban jelent hasznos összetevőt, a folyékony (cseppfolyós) oxigént (LOX) például rakéták hajtóanyagként alkalmazzák oxidálószer gyanánt. Az oxigénnek emellett létezik szilárd állapota is, amelyben az oxigén kristályos formába kerül, és ami alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson szupravezetőként viselkedik.

A szilárd oxigénnek többféle fázisa van, ezeket színük alapján is meg lehet különböztetni: a lista a világoskék α fázistól a fémes ζ fázisig vezet. Az úgynevezett epszilon oxigén az epszilon fázisú (ε-fázis) szilárd oxigént jelöli, amit vörös oxigénnek is neveznek sötétvörös színe miatt. Ez a speciális állapot csak extrém nyomáson tud kialakulni, több mint 10 GPa nyomásra van szükség hozzá, hogy különleges ε-oxigén képződjön. A fázis olyan vertikális irányú molekulákból áll, amelyek horizontális elrendezésű, gyémánt alakú negyedekbe csoportosulnak az Amerikai Fizikai Társaság leírása szerint. Az epszilon fázisnak is vannak azonban még tovább bontható szakaszai, amelyekben az oxigén egészen különleges viselkedését csípték nyakon a kutatók.

Már egy évtizede megjósolták, hogy az ε-oxigén két, jól elhatárolható része, az ε0 és az ε1 fázis mágnesesség és a molekulákban található elektronok spinjei (sajátperdülete) tekintetében eltér egymástól, utóbbi fázisban a spinek nem találnak egy stabil, tartós helyzetet maguknak, hanem folyamatosan változik az irányuk.

A kutatók most ezt a feltevést igazolták, és bizonyították, hogy a vörös oxigénnek valóban létezik olyan állapota, amelyben kvantum spinfolyadékként viselkedik.

A kvantum spinfolyadékok egzotikus kvantumállapotai az anyagnak, amelyben a részecskék spinjei oszcillálnak. Az epszilon oxigén esetében kimutatták, hogy a nyomás fokozásával, körülbelül 80 és 180 GPa között alakul ki az ε1 fázis, amelyben az azt megelőző fázis mágnesessége tulajdonképpen továbbra is jelen van, csak kevésbé észlelhető módon. A spinek - a molekulák mágneses polarizációjának irányultságai - folyamatosan a fel és le állapot között váltakozó örök táncukat járják, ezért a mágnesességet nullán tartják - írja a SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) kutatóintézet a kísérlettel kapcsolatban. Ez azt jelenti, hogy a mágnesesség nem veszik el, de állandó jelleggel semlegesíti a spinek mozgása.

A most felfedezett állapot “teljesen egyedi a természetben” és “egy kis fantáziával a kvantumfolyadék nanocseppjének lehet felfogni”

- Erio Tosatti professzor elmondása szerint, aki a felfedezést rendkívül fontos eredménynek tekinti. A kísérlet fontos következménye, hogy a vörös oxigénben a kutatók olyan alanyra bukkantak, amiben a kvantum spinfolyadék állapotának vizsgálatát sokkal könnyebben lehet megvalósítani, mint a korábban használt anyagok segítségével.

(Fotó: Ben Mills/Wikimedia Commons, Hans/Pixabay)