Odkryto nową klasę cząstek. Może posunąć to mechanikę kwantową o krok dalej
Badania prowadzone przez naukowców z Brown University mogą otworzyć nowy rozdział w zrozumieniu zjawisk kwantowych, co potencjalnie wpłynie na rozwój technologii i informatyki. W przełomowym eksperymencie fizycy odkryli nową klasę cząstek – ułamkowe ekscytony – które wykazują nieoczekiwane właściwości i mogą rzucić nowe światło na fundamentalne mechanizmy świata kwantowego.
Zespół badawczy, w skład którego weszli profesor Dima Feldman oraz doktoranci Naiyuan Zhang, Ron Nguyen i Navketan Batra, skoncentrował swoje analizy wokół zjawiska znanego jako ułamkowy kwantowy efekt Halla. Jest to rozszerzenie klasycznego efektu Halla, w którym pole magnetyczne wytwarza napięcie boczne w przewodzącym materiale. W wersji kwantowej efekt ten objawia się w ekstremalnie niskich temperaturach i wysokich polach magnetycznych, a napięcie boczne zmienia się w precyzyjnie określonych skokach. Ułamkowa wersja tego zjawiska wykazuje jeszcze bardziej złożone właściwości, w których zmiany napięcia następują w ułamkowych częściach ładunku elektronu.
To, co wyróżnia nowo odkryte ułamkowe ekscytony, to ich hybrydowe zachowanie. Chociaż zgodnie z przewidywaniami posiadają ułamkowy ładunek, ich charakterystyka cząstek częściowo przypomina zarówno bozony, jak i fermiony, co stawia je w nietypowej pozycji między tymi dwiema klasami. Badacze sugerują, że mogą one mieć cechy anyonów, które już wcześniej były postulowane teoretycznie, ale wciąż pozostają słabo poznane w praktyce.
Eksperyment stanowi pierwsze potwierdzenie istnienia takich cząstek w warunkach laboratoryjnych, a naukowcy zamierzają teraz zgłębić ich właściwości oraz możliwości kontroli ich zachowania. Jeśli okaże się, że ułamkowe ekscytony można w jakiś sposób manipulować, odkrycie to może mieć dalekosiężne konsekwencje dla technologii kwantowych, w tym dla rozwoju bardziej zaawansowanych systemów obliczeniowych i nowych form przechowywania informacji.
Dalsze badania skoncentrują się na lepszym zrozumieniu interakcji między tymi egzotycznymi cząstkami oraz na potencjalnym ich zastosowaniu w przyszłych technologiach. Naukowcy liczą, że kolejne eksperymenty pozwolą określić, czy ułamkowe ekscytony mogą znaleźć praktyczne zastosowanie w rozwijających się dziedzinach fizyki kwantowej i inżynierii materiałowej.
Źródło: Brown University
Czytaj też: Policzyli się z rakiem. Matematyka może pomóc w ratowaniu życia!
Grafika tytułowa wygenerowana w DALL-E
