Krok w kierunku mechaniki kwantowej: nowa klasa cząstek

Zespół naukowców z Brown University w Stanach Zjednoczonych odkrył nową klasę cząstek kwantowych, które zachowują się w nieoczekiwany sposób.

Cząstki subatomowe mogą istnieć w dwóch miejscach jednocześnie, przechodzić przez solidne bariery, a nawet natychmiastowo komunikować się na duże odległości. Niedawno zespół naukowców odkrył nową klasę, zwaną wzbudzenia ułamkowe.

„Nasze ustalenia wskazują, że a zupełnie nowa klasa cząstek kwantowych, które nie mają ładunku ogólnego, ale podlegają unikalnym statystykom kwantowym” – wyjaśniła Jia Li, cytowana przez .

„Najbardziej ekscytujące jest to, że to odkrycie otwiera szereg nowych kwantowych faz materii, co stanowi nowe wyzwanie w przyszłych badaniach, pomaga nam pogłębić naszą wiedzę o fizyce podstawowej i otwiera nowe możliwości w obliczeniach kwantowych” – dodał.

Odkrycie dotyczy zjawiska znanego jako ułamkowy kwantowy efekt Hallaktóry opiera się na klasycznym efekcie Halla, w wyniku którego pole magnetyczne przykłada się do materiału z prądem elektrycznym w celu wytworzenia napięcia bocznego.

Kwantowy efekt Halla, który zachodzi w ekstremalnie niskich temperaturach i silnych polach magnetycznych, pokazuje, że to napięcie boczne wzrasta w wyraźnych, odrębnych skokach. W ułamkowym kwantowym efekcie Halla kroki stają się jeszcze bardziej osobliwe, wzrasta w ułamkowych ilościach – przenoszący ułamek ładunku elektronu.

Podczas eksperymentów eksperci zbudowali strukturę z dwóch warstw grafenu oddzielonych izolującym sześciokątnym kryształem azotku boru, co pozwoliło zespołowi dokładnie kontrolować ruch ładunków elektrycznych i wytwarzać cząstki zwane ekscytonami.

Fizycy następnie wystawili układ na działanie pól magnetycznych miliony razy silniejszych niż ziemskie, ujawniając ułamkowe wzbudzenia z nietypowymi zachowaniami.

Chociaż cząstki podstawowe można podzielić na dwie kategorie (bozony i fermiony), ekscytony ułamkowe nie pasują idealnie do żadnej z nich. Podczas eksperymentu jego zachowanie wykazywało tendencje obu i można je scharakteryzować jako: hybryda tych dwóch.

„To nieoczekiwane zachowanie sugeruje, że ekscytony ułamkowe mogą reprezentować zupełnie nową klasę cząstek o unikalnych właściwościach kwantowych” – powiedział badacz Naiyuan Zhang, który przyczynił się do opracowania niedawno opublikowanego w Nature badania.