Oamenii de știință descoperă o nouă stare de fapt: Lichidul Quantum Spin

Fizicienii de la Laboratorul Național Oak Ridge din Tennessee și de la Universitatea din Cambridge au descoperit împreună o nouă stare de materie. Constatările inovatoare, raportate în jurnal Natură, detaliază observațiile stadiului lung-teoretizat, dar vreodată eluziv, cunoscut sub numele de "lichid de centrifugare cuantică" - în care electronii pătrund, aparent, în bucăți mai mici.

"Aceasta este o stare de materie cuantică nouă, care a fost prezisă, dar nu a fost văzută înainte", a declarat Johannes Knolle, un om de știință de la Cambridge Cavendish Laboratory și unul dintre coautorii lucrării, într-un comunicat de presă.

Oricine are cunoștințe de bază despre fizică știe că există trei stări majore ale materiei: solide, lichide și gaze. Oamenii cu puțină cunoaștere ar putea cunoaște celelalte două stări clasice: plasmele (particulele încărcate libere care compun evenimente energetice ridicate) și coloizii ("între cele două" formează simultan două stări, cum ar fi untul).

Cu toate acestea, există mai mult de o duzină de alte state care există, cele care sunt doar observabile la scări foarte mici sau sub evenimente foarte fenomenale. Una dintre acestea este lichidul cu quantum spin: o stare haotică care necesită o explicație mai multă înainte ca să puteți obține cu adevărat capul în jurul valorii de ceea ce se întâmplă.

Conform mecanicii cuantice, fiecare particulă poate prezenta două tipuri de impulsuri unghiulare. Primul este impulsul orbital orbitar, iar al doilea este spinul. O analogie brută pentru aceste două acțiuni respective este o planetă care se rotește în jurul soarelui, prezentând atât o orbită, cât și o rotire axială.

Când un sistem a realizat o serie de rotații cuantice interacționate, se crede că este într-o stare dezordonată în același mod în care apa lichidă este dezordonată în comparație cu gheața solidă. Lichidul spin quantum are un comportament similar, dar la temperaturi scăzute. În loc să se întâlnească într-un model uniform, cum ar fi să aducă substanțele împreună într-o stare solidă, o bucată de materie care se află în lichidul cuantic va continua să acționeze erratic ca o mizerie caldă de supă. De fapt, activitatea este atât de extremă încât particulele se destramă. Este o scenă care contrazice exact ceea ce v-ați aștepta în medii reci.

În acest caz, echipa de cercetare a observat particulele fracționare cunoscute sub numele de fermioane Majorana într-un material bidimensional care este un fel de similar cu grafenul. Ceea ce au observat a fost similar cu un model ipotetic quantum spin liquid cunoscut sub numele de model Kitaev. Rezultatele finalizează în cele din urmă sfârșitul unei căutări de 40 de ani pentru această stare de materie.

Mai exact, noile observații privind lichidul de centrifugare cuantică pun în lumină o proprietate cunoscută sub numele de divizare electronică, care ar putea ajuta într-o zi în construirea de noi tipuri de computere cuantice care funcționează mult mai repede decât mașinile actuale, ocolind limitele materialelor convenționale.

Acest fel de progres este în deceniile viitoare. Cu toate acestea, simplul fapt că am reușit să observăm o nouă stare de materie în carne este doar un alt semn că oamenii trebuie încă să zgârie suprafața în înțelegerea modului în care funcționează lumea naturală.