Poznáte stavy hmoty, s ktorými sa stretávame každý deň – ako je pevná látka, kvapalina a plyn – ale v exotickejších a extrémnejších podmienkach sa môžu objaviť nové stavy a vedci v USA a Číne jeden práve našli.
Nazývajú to chirálny Bose-kvapalný stav a s každým novým usporiadaním častíc, ktoré objavíme, nám to môže povedať viac o štruktúre a mechanizme vesmíru okolo nás – a najmä o supermalej kvantovej škále.
Stavy hmoty opisujú, ako môžu častice navzájom interagovať, čo vedie k vytvoreniu štruktúr a rôznym spôsobom správania. Uzamknite atómy na ich miestach a máte pevnú látku. Nechajte ich prúdiť, máte akúkoľvek kvapalinu alebo plyn. Rozbitím silne nabitých interakcií získate plazmu.
Kvantová krajina ponúka ešte zvláštnejšie spôsoby interakcie častíc, čo umožňuje jedinečné správanie, ktoré je najlepšie opísané z hľadiska pravdepodobnosti a energie.
Výskumníci objavujú nový stav prostredníctvom a frustrovaný kvantový systém, Zjednodušene povedané, ide o systém so zabudovanými bariérami, ktoré bránia časticiam v normálnej interakcii (preto tá frustrácia).
Tieto obmedzenia – a výsledná frustrácia – môžu pre vedcov viesť k vzrušujúcim výsledkom. Tu sa vedci zamerali na elektróny a na vysvetlenie toho, čo sa deje, použili analógiu párty hry.
„Je to ako hra hudobných stoličiek, ktorá je navrhnutá tak, aby frustrovala elektróny.“ Hovoria Teoretický fyzik kondenzovaných látok Tigran Sedrakyan z University of Massachusetts Amherst.
„Namiesto toho, aby mali stoličku pre každý elektrón, na ktorú môžu ísť, teraz sa musia predierať a majú veľa možností, kde budú sedieť.“
Systém, ktorý výskumníci navrhli, bol polovodičové zariadenie s dvoma vrstvami: vrchná vrstva bohatá na elektróny a spodná vrstva s mnohými dostupnými otvormi pre prirodzený vstup elektrónov. Twist? Nie je dostatok otvorov pre všetky elektróny.
Hoci je ťažké pozorovať takýto systém, tím použil ultra silné magnetické pole na meranie pohybu elektrónov, čo odhalilo prvé dôkazy o novom chirálnom stave Boseovej kvapaliny.
„Na okraji polovodičovej dvojvrstvy sa elektróny a diery pohybujú rovnakou rýchlosťou,“ Hovoria Fyzik Lingji Du z Nanjingskej univerzity v Číne.
„To vedie k špirálovitému transportu, ktorý môže byť ďalej modulovaný vonkajšími magnetickými poľami, keď sa elektrónové a dierové kanály postupne oddeľujú pod vyššími poľami.“
Tento nový stav odhalil niektoré zaujímavé vlastnosti. Napríklad elektróny sa stabilizujú na absolútnej nule v predvídateľnom vzore a pevnom smere rotácie a nemôžu byť rušené inými časticami alebo magnetickými poľami. Táto stabilita by mohla mať aplikácie v kvantových digitálnych úložných systémoch.
Okrem toho vonkajšie častice ovplyvňujúce jeden elektrón môžu ovplyvniť všetky elektróny v systéme v dôsledku relatívne dlhého kvantového zapletenia. Je to ako hodiť bielu guľu do balíčka biliardových gúľ a ako odpoveď všetky tieto gule putujú rovnakým smerom – ďalší objav, ktorý by mohol byť užitočný.
Aj keď je do toho všetkého zapojená fyzika na vysokej úrovni, každý takýto objav – tieto zvláštnosti a okrajové prípady, ktoré sa vyskytujú mimo hraníc normálnych interakcií častíc – nás posúva bližšie k úplnému pochopeniu nášho sveta.
„Na týchto okrajoch nájdete kvantové stavy hmoty a sú oveľa divokejšie ako tri klasické stavy, s ktorými sa stretávame v našom každodennom živote,“ Hovoria Sedrakyan.
Výskum bol publikovaný v r Príroda,
