Recent oamnenii de ştiinţă au descoperit o nouă stare a materiei

O misterioasă nouă stare a materiei.

Recent cercetătorii au descoperit dovezi a unei noi stări misterioase a materiei într-o substanţă reală.

Starea este cunoscută sub numele de ‘lichid cu spin cuantic’ şi aceasta provoacă electronii, unul din indivizibilele blocuri fundamentale a materiei,  să se separe în cvasiparticule (en) mai mici.

Pentru prima oară oamenii de ştiinţă au prezis existenţa acestei stări a materiei în anumite materiale magnetice, încă 40 de ani în urmă, dar în ciuda multor indicii a prezenţei sale, ei nu au fost în stare să o detecteze în natură.

Astfel, este destul de interesant faptul că ei acum au aruncat o privire asupra lichidului cu spin cuantic şi a fermionilor bizari care-i însoţesc, într-un material bidimensional, similar cu grafenul.

Vedeţi şi: Cercetătorii au făcut grafenul de 100 de ori mai ieftin ca oricând

„Aceasta este o nouă starea a materiei, care a fost prezisă, dar nu a fost văzută până acum”, a declarat unul din cercetători, Johannes Knolle (en), de la Universitatea Cambridge din Marea Britanie.

Ei au fost în măsură identifice prezenţa lichidului cu spin cuantic în substanţă, observând una din cea mai interesantă  proprietate a sa, fracţionalizarea electronilor şi rezultatul acesteia, fermioni Majorana (en), care apar atunci când electronii într-o stare de spin cuantic se separă.

Aceşti fermioni Majorana prezintă un interes mare, deoarece ar putea fi folosiţi ca blocuri de construcţie ale calculatoarelor cuantice.

Vedeţi şi: Calculatoarele cuantice la un pas mai aproape după descoperirea australiană

Vedeţi şi: Oamenii de ştiinţă au construit un ‘hibrid’ funcţional poartă logică pentru utilizare în computerele cuantice

Pentru ca să fie clar, electronii nu sunt de fapt divizaţi în particule mai mici, care, desigur, ar putea fi o mare realizare (care ar însemna noi particule!).

Ceea ce se întâmplă într-adevăr, este o stare nouă a materiei, literalmente electroni rupţi în cvasiparticule.

Acestea, de fapt, nu sunt particule reale, dar sunt concepte folosite de fizicieni pentru a explica şi calcula comportamentul straniu al particulelor.

Iar starea lichidă cu spin cuantic este cu siguranţă o stare care face electronii să acţioneze ciudat, într-un material tipic magnetic electronii se comportă ca mici bare de magneţi.

Deci, când materialul este răcit până la o temperatură suficient de scăzută, aceşti electroni-magneţi se dispun de-a lungul, astfel încât toţi polii magnetici nord sunt aranjaţi în aceeaşi direcţie.

Dar, într-un material care conţine o stare lichid cu spin cuantic, chiar dacă materialul magnetic este răcit până la zero absolut, electronii nu se alinează, dar în schimb formează o supă încurcată, cauzată de fluctuaţiile magnetice.

„Până nu demult, noi măcar nici nu ştiam cum vor arăta aceste amprente experimentale ale unui lichid cu spin cuantic”, a declarat unul din cercetători, Dmitry Kovrizhin (en).

Pentru a-şi da seama ce se întâmplă, cercetătorii au lucrat alături de o echipă de la Laboratorul Naţional Oak Ridge din Tennesse şi au folosit tehnici de împrăştiere a neutronilor pentru a găsi dovezi ale fracţionalizării electronilor în clorura de alfa-ruteniu, un material care structural se aseamănă cu grafenul.

Acest lucru, de asemenea, le-a permis să măsoare pentru prima dată „semnăturile” fermionilor Majorana prin iluminarea materialului cu neutroni şi apoi a observa modelul de ondulaţii care neutronii le produc atunci când sunt împrăştiaţi pe probă.

Aceste modele au fost exact ceea ce ei au aşteptat să vadă, bazându-se pe modelul teoretic principal al lichidului cu spin cuantic, confirmând, pentru prima dată evidenţe ale existenţei sale într-o substanţă.

„Acesta este un nou adaos în lista scurtă a stărilor cuantice ale materiei, cunoscute la moment „, a spus Knole (en).

„Acesta este un pas important în înţelegerea noastră a materiei cuantice”, a adăugat Kovrizhin (en).

„Este distractiv de a avea o altă nouă stare cuantică pe care nu a mai văzut-o până acum, ea oferă noi posibilităţi pentru a încerca lucruri noi”.

Unele dintre aceste lucruri noi implică calculatoarele cuantice, care ar fi exponenţial mai rapide decât computerele obişnuite, astfel încât, chiar dacă aceasta sună destul de teoretic, ele ar putea avea de fapt, un potenţial cu adevărat interesant.

Rezultatele au fost publicate în Nature Materials.