Upoznati ste sa stanjima materije sa kojima se svakodnevno susrećemo – kao što su čvrsta, tečna i gasovita – ali u egzotičnijim i ekstremnijim uslovima mogu se pojaviti nova stanja, a naučnici iz SAD i Kine su otkrili jedno ranije ove godine.
Oni to zovu stanje hiralne boze-tečnosti, i kao i sa svakim novim rasporedom čestica koji otkrijemo, može nam reći više o tkanju i mehanizmima Univerzuma oko nas – a posebno o super-malom kvantu Skala.
Stanja materije opisuju kako čestice mogu da stupaju u interakciju jedna sa drugom, stvarajući strukture i različite načine ponašanja. Zaključajte atome na mestu i imaćete čvrstu materiju. Pustite ih da teku, imate tečnost ili gas. Razdvojite naplaćena partnerstva, imate plazmu.
Kvantni pejzaž pruža još čudnije načine interakcije čestica, omogućavajući jedinstvena ponašanja koja se najbolje opisuju u smislu mogućnosti i energije.
Istraživači su otkrili novo stanje kroz frustrirani kvantni sistem. Jednostavnim rečima, to je sistem sa ugrađenim ograničenjima koja sprečavaju čestice da interaguju na uobičajen način (otuda i frustracija).
Ova ograničenja – i rezultirajuća frustracija – mogu stvoriti uzbudljive rezultate za naučnike. Ovde su se istraživači fokusirali na elektrone i koristili analogiju partijske igre da objasne šta se dešava.
„To je kao igra muzičkih stolica, dizajniranih da frustriraju elektrone“, rekao je fizičar teorijske kondenzovane materije Tigran Sedrakjan sa Univerziteta Masačusets Amherst.
„Umesto da svaki elektron ima jednu stolicu na koju treba da ide, oni sada moraju da se koprcaju i imaju mnogo mogućnosti na mestu gde sede.“
Istraživači sistema koji su sastavili je bio poluprovodnički uređaj sa dva sloja: gornji sloj bogat elektronima i donji sloj sa mnogo dostupnih rupa u koje se elektroni prirodno kreću. Preokret? Nema dovoljno rupa za sve elektrone.
Iako je ovakav sistem i dalje težak za posmatranje, tim je koristio ultra-jako magnetno polje da izmeri kako se elektroni kreću, otkrivajući prve dokaze o novom hiralnom boze-tečnom stanju.
„Na ivici dvosloja poluprovodnika, elektroni i rupe se kreću istim brzinama“, rekao je fizičar Lingjie Du sa Univerziteta Nanjing u Kini.
„Ovo dovodi do spiralnog transporta, koji se može dalje modulisati spoljnim magnetnim poljima, jer se kanali elektrona i rupa postepeno odvajaju pod višim poljima.“
Ova nova država je otkrila neke prilično zanimljive osobine. Na primer, elektroni će se zamrznuti u predvidljiv obrazac i fiksni smer okretanja na apsolutnoj nuli i ne mogu se mešati sa drugim česticama ili magnetnim poljima. Ta stabilnost bi mogla imati primenu u digitalnim sistemima za skladištenje na kvantnom nivou.
Štaviše, spoljašnje čestice koje utiču na jedan elektron mogu uticati na sve elektrone u sistemu, zahvaljujući relativno dugom kvantnom zapletu. To je kao da razbijete biju u paket bilijarskih lopti i sve te loptice koje putuju u istom pravcu kao odgovor – još jedno otkriće koje bi moglo biti korisno.
Iako sve ovo uključuje fiziku na veoma visokom nivou, svako ovakvo otkriće – ove neobične situacije i ivični slučajevi koji se dešavaju van granica uobičajenih interakcija čestica – približava nas potpunom razumevanju našeg sveta.
„Na ovim rubovima nalazite izlaz iz kvantnih stanja materije i ona su mnogo divlja od tri klasična stanja sa kojima se susrećemo u svakodnevnom životu“, rekao je Sedrakjan.
