Перед тим як почати розповідь про кристалах твердого гелію, потрібно нагадати про те, навіщо взагалі вченим вони знадобилися. Як ми знаємо, серед різних агрегатних станів речовини крім рідкого, твердого і газоподібного є ще й таке, яке називають конденсатом Бозе-Ейнштейна. В такому стані речовина складається не з молекул і атомів, а з бозонів, охолоджених до температур, близьких до абсолютного нуля.
Одним з цікавих властивостей конденсату Бозе-Ейнштейна є надтекучість - стан, при якому він має нульовий в'язкістю, тобто при проходженні через різні отвори або просто по поверхні між ним взагалі не виникає тертя. Самі розумієте, така властивість може бути вельми корисним. Крім того, доведено, що в сверхтекучем стані речовини можуть бути ще і високотемпературними надпровідниками.
Словом, якби вчені змогли переводити без всяких проблем відомі нам речовини в надтекучий стан, можна було б вирішити безліч проблем. Але ось біда - зробити це поки досить складно. У той же час ще в 60-х роках минулого століття висловлювалися припущення про те, що надтекучістю можуть володіти і деякі тверді тіла, особливо ті, що утворюють кристали. І найпершими кандидатами на роль таких називалися кристали твердого гелію, які утворюються при тиску понад 25 атмосфер.
Однак подібний напрямок визнали неперспективним - справа в тому, що з рубідій складно працювати. Хоча він за поширеністю в земній корі знаходиться приблизно на 20-му місці (як мідь, нікель і цинк), проте в природі цей метал існує в розсіяному стані, не утворюючи власних мінералів і зустрічаючись в основному разом з іншими лужними елементами, наприклад, з калієм. Тобто його досить складно добувати, що робить все дослідження з ним досить дорогими.
Через це вчені знову вирішили повернутися до улюбленого всіма гелію. Але щоб дослідити його властивість надплинності в твердому стані, спершу необхідно виростити ті самі кристали. В принципі це не складно - для цього всього лише потрібно створити тиск вище 25 атмосфер і опустити температуру до -272 градусів за Цельсієм. Було неодноразово показано, що в такий "морозилці" кристал утворюється практично за секунди. Однак є ще одне "але": коли кристали гелію ростуть при наявності гравітації, вони легко деформуються. А це сильно позначається на всіх їх властивості, в тому числі і на надплинності.
І ось недавно вчені з Японії запропонували вельми оригінальний спосіб впоратися з цією проблемою - потрібно просто вирощувати кристали в невагомості! Причому зовсім не обов'язково робити це в космосі - дослідники використовували для своїх експериментів невеликою реактивний літак. Адже за певних траєкторіях руху, наприклад, в параболическом польоті, цей аероплан міг знаходиться в умовах невагомості протягом 20 секунд, чого цілком достатньо для того, щоб виростити нормальний кристал. В результаті за 20 годин польотів фізики зуміли провести цілих вісім експериментів!
Досліди проходили так: спочатку за стандартною технологією вирощувалися первинні кристали, а після їх збризкували "краплями" гелію-4, який вже знаходився в сверхтекучем стані. Все це відбувалося в спеціальному бортовому холодильнику. Великі кристали гелію розміщували в його нижній камері високого тиску, а потім дробили їх акустичної хвилею, щоб зруйнувати на дрібні шматочки. Після того як їх сприскують надтекучим гелієм-4, кристалики меншого розміру плавилися, а великі само швидко росли, досягаючи в підсумку розміру близько 10 мм.
В результаті дослідникам вдалося повністю спостерігати процес формування кристала. Цікаво, що він був схожий на явище, яке називають Оствальдовскіх дозріванням. Його можна спостерігати в звичного життя на прикладі морозива: з плином часу в ньому більші кристали льоду приєднують до себе дрібні, і в підсумку весь продукт стає твердим і хрустким. Але в цьому випадку Освальдовское дозрівання відбувається досить повільно, а ось з гелієм ефект вийшов досить швидким - процес зайняв секунди.