Oamenii de știință au descoperit o nouă stare cuantică a materiei

Am fost invatati la scoala ca materia poate fi gasita in trei stari: lichida, solida si gazoasa. Intre timp a aparut o a patra – plasma. Exista mai multe stari ale materiei, daca le punem la socoteala si pe cele cuantice. Acum, oamenii de stiinta au descoperit o noua stare cuantica. Termenul folosit de oamenii de stiinta este „quantum spin liquid” si determina electronii sa se transforme in cvasi-particule mai mici. Nu am stiut cum sa o traducem, asa ca am pastrat termenul intact.

Savantii au prezis existenta acestei stari a materiei in anumite materiale magnetice acum 40 de ani, dar, in ciuda multor indicii, nu au reusit sa o detecteze in natura. Este uimitor ca au reusit sa o „vada”, inclusiv fermionii aferenti, intr-un material similar grafenului.

„Este o noua stare cuantica a materiei ce a fost prezisa dar nedetectata pana acum” – Johannes Knolle, University of Cambridge UK

Au putut gasi dovezi ale quantum spin liquid in material prin analizarea proprietatilor sale interesante: fractionalizarea electronilor si fermionii Majorana rezultati, care apar atunci cand electronii aflati intr-o agitatie cuantica se altereaza. Acesti fermioni Majorana sunt uimitori pentru ca sunt elementele de baza ale computerelor cuantice.

Ca sa fie clar. Electronii nu se rup pentru a da nastere altor particule mai mici pentru ca asta ar insemna sa avem particule noi, ceea ce ar entuziasma intreaga comunitate stiintifica. Ce se intampla este ca aceasta noua stare a materiei transforma electronii in cvasi-particule. Nu sunt particule reale ci concepte folosite de fizicieni pentru a explica si calcula comportamente ciudate ale particulelor.

Starea quantum spin liquid a materiei determina electronii sa se comporte foarte ciudat. Intr-un material magnetic obisnuit, electronii sunt precum niste magneti foarte mici. Cand materialul este racit indeajuns de mult, acestia se ordoneaza pe distante lungi fiind orientati cu totii in aceeasi directie, dar, intr-un material aflat in aceasta noua stare, chiar daca este racit pana la 0 absolut, electronii nu se aliniaza ci formeaza o supa inlantuita cauzata de fluctuatiile cuantice.

„Pana acum nu stiam cum arata starea quantum spin liquid. In cercetarile precedente ma intrebam ce as observa, daca as analiza asa ceva.” – Dmitry Kovrizhin

Pentru a intelege ce se intampla, cercetatorii au lucrat impreuna cu o echipa de la Oak Ridge National Laboratory din Tennessee si au folosit tehnici de imprastiere a neutronilor pentru a gasi dovezi ale fractionalizarii electronilor intr-un material similar grafenului.

Acest lucru le-a permis si masurarea fermionilor Majorana pentru prima data prin luminarea unui material cu neutroni si observand apoi tiparul format de imprastierea neutronilor. Aceste tipare aratau exact asa cum se asteptau cercetatorii ce se bazau pe un model teoretic al quantum spin liquid, confirmand pentru prima data ca au gasit dovezi ale existentei sale intr-un material.

„Este o noua stare cuantica a materiei” – Knolle

„Este un pas important spre intelegerea materiei cuantice. Este fun sa avem inca o stare cuantica pe care nu am mai vazut-o. Apar posibilitati noi de a incerca lucruri noi.” – Kovrizhin

[sursa]