Надтверді речовини — це дивний квантовий стан матерії, який поєднує в собі властивості твердих тіл і рідин. Тепер вони стали ще більш карколомними, оскільки вчені перетворили саме світло на надтверду речовину. Це прорив, який може призвести до нових квантових і фотонних технологій. Крім повсякденних твердих тіл, рідин, газів і плазми, існує цілий зоопарк екзотичних станів матерії. Давно теоретизували, але нещодавно створили, надтверде тіло має кристалічну структуру, як і звичайне тверде тіло, але воно також може, незрозуміло інтуїтивно, вільно текти, як рідина.

«Ми можемо уявити собі надтверде тіло як рідину, що складається з когерентних квантових крапель, періодично розташованих у просторі», — каже атомний і оптичний фізик Якопо Карузотто з Університету Тренто в Італії.

Краплі, пояснює Карузотто, «можуть протікати крізь перешкоду, не зазнаючи збурень, зберігаючи своє просторове розташування та взаємну відстань незмінними, як це відбувається в кристалічному твердому тілі». Раніше супертверді тіла створювали лише з атомів, але команда вчених з Національної дослідницької ради (CNR) в Італії тепер вперше створила такий з використанням фотонів.

«Усвідомлення цього екзотичного стану конденсованої речовини в рідині світла, що протікає в напівпровідниковій наноструктурі, дозволить нам досліджувати її фізичні властивості новим і контрольованим способом і, можливо, мати можливість використовувати її унікальні характеристики для можливих застосувань у нових світловипромінюючих пристроях», — каже фізик конденсованої речовини Даріо Джераче з італійського університету Павії.

Зрозуміти, що саме тут відбувається, може бути складно. Вчені не просто витягли вільно літаючі фотони з повітря та перевели їх в екзотичний стан матерії – зрештою, світло – це не матерія, а енергія. Щоб це запрацювало, дослідникам довелося зв’язати фотони з матерією. Фотони надходили від лазера, який направлявся на напівпровідник арсеніду галію, що забезпечував матеріальну частину рівняння. Фотони взаємодіють зі збудженнями в матеріалі, створюючи квазічастинки, які називаються поляритонами.

Подібні установки використовувалися в минулому, щоб перетворити світло на надплинну рідину. Перетворення його в надтверде тіло вимагає кількох додаткових кроків. Арсенід галію мав особливу структуру, призначену для переведення фотонів у три різні квантові стани. Спочатку фотони переходять у стан із нульовим імпульсом, але коли цей стан «заповнюється», пари фотонів починають перетікати в два сусідні стани. Це змушує поляритони конденсуватися в те, що команда називає зв’язаним станом континууму (BiC).

Обмеження поляритонів до кожного стану всередині напівпровідника дає їм просторову структуру твердого тіла, тоді як їх природна здатність текти без тертя робить їх надплинними. Властивості обох разом мають зробити всю систему надтвердим тілом. Щоб підтвердити, що це так, команді довелося перевірити наявність деяких ознак. Картування щільності фотонів показує два високі піки з прірвою в центрі. Але на додачу до цього лежить особливий зразок модуляції, який вказує на те, що трансляційна симетрія порушена – характеристика надтвердих тіл.

Далі вони використовували інтерферометрію для вимірювання квантового стану системи та забезпечення його когерентності локально, у кожному компоненті стану та глобально в усій системі. І, звичайно, цей крихкий порядок тримався разом, додаючи ще один доказ створення надтвердої речовини. Команда каже, що це абсолютно новий спосіб створити дивний стан матерії.

«Ця робота не тільки демонструє спостереження надтвердої фази на фотонній платформі, але також відкриває шлях до дослідження квантових фаз матерії в нерівноважних системах», — говорить фізик Даніеле Санвітто з Інституту нанотехнологій CNR. «Це особливо важливо, оскільки цей підхід має потенціал для подолання розриву між фундаментальною наукою та практичним застосуванням». Дослідження було опубліковано в журналі Nature.

Фрагменти лівої частини черепа родича людини були виявлені в Іспанії, показуючи обличчя найдавнішого предка людини, коли-небудь знайденого в Західній Європі. Фрагменти черепа, знайдені в Іспанії, показують, що предки людини прибули в Західну Європу набагато раніше, ніж вважалося раніше. Кістки були виявлені в печері в горах Атапуерка, яка вже була відома як місце, яке використовувалося Homo antecessor, видом, від якого, ймовірно, еволюціонували неандертальці. Але нові кістки на сотні тисяч років старші й мають іншу форму, що свідчить про те, що Homo erectus — предок сучасної людини — також жив у Європі під час раннього плейстоцену (від 2,6 мільйона до 800 000 років тому).

«Ця стаття представляє нового учасника дослідження еволюції людини в Європі», — заявила на прес-конференції перед публікацією Роза Хьюге, палеоантрополог з Каталонського інституту палеоекології людини та соціальної еволюції та провідний автор дослідження, опублікованого в середу (12 березня) в журналі Nature.

Х’юге та його колеги знайшли фрагменти лицьової кістки під час розкопок у печері Сіма-дель-Елефанте («Яма слона») у 2022 році. Коли студент розповів Х’юге, що вони знайшли кістки, «ми були дуже схвильовані, — сказав Гюге, — і в цей момент ми подумали — на 95% впевнені — що у нас є людські останки». Усі осколки потрапили з лівої сторони обличчя — а саме верхньої щелепи, або верхньої щелепи та частини вилиці.

«Спочатку ми не знали, що саме це таке», — сказав на прес-конференції співавтор дослідження Хосе Марія Бермудес де Кастро, палеоантрополог із Національного центру дослідження еволюції людини в Іспанії. Але за формою зубів було зрозуміло, що кістки належали родичу людини.

Після більш ніж двох років досліджень команда опублікувала свій аналіз фрагмента скелета, який вони назвали «Рожевим» на честь «Темної сторони Місяця» Pink Floyd, назвавши його «найдавнішим людським обличчям Західної Європи».

Homo erectus в Іспанії

Це обличчя напрочуд відрізняється від обличчя H. antecessor, іншого раннього виду, знайденого в Іспанії. Останки H. antecessor були знайдені в кількох печерах у горах Атапуерка з 1994 року, і вони датуються від 1,2 мільйона років до 800 000 років тому. Подібно до обличчя сучасних людей, обличчя H. antecessor плоске і вертикальне.

Але новий, повністю реконструйований лицевий скелет «Рожевого» з Сіма-дель-Елефанте разюче відрізняється від раніше виявлених останків H. antecessor, що свідчить про те, що він насправді не належить до цього виду, як вважалося спочатку. Він має міцніше обличчя, яке виступає назовні, що робить його більш схожим на наших набагато старших предків H. erectus .

Експерти вважають, що перша експансія гомінідів з Африки почалася приблизно 1,8 мільйона років тому, коли H. erectus перемістився через Левантійський коридор, вузьку смугу землі, яка з’єднує Африку з Євразією. Хоча місця з залишками H. erectus знайдені по всій Східній Африці та Азії, знахідки цього віку в Західній Європі нечисленні.

Це означає, що першим гомініном, який потрапив до Західної Європи, був не H. antecessor, як передбачалося раніше, а, ймовірно, H. erectus, щонайменше 1,4 мільйона років тому. Оскільки «Рожевий» має деякі анатомічні особливості, які не зовсім відповідають H. erectus, команда описала його у своєму дослідженні як «H. aff. erectus «, де «aff.» латиною означає «affinis» або «подібний до».

На підставі зношених корінних зубів команда дійшла висновку, що «Рожевий» був дорослим. Але оскільки від скелета залишилося дуже мало, вони не змогли визначити, чоловіком чи жінкою був цей індивід. Майбутній палеопротеомний аналіз зубної емалі, який містить білки, які можуть вказувати на стать людини, може зрештою відкрити цю інформацію. Це вже третій випадок, коли члени цієї дослідницької групи виявляють скам’янілості гомінінів у несподівано глибоких шарах у цій колекції печер, сказала співавтор дослідження Марія Мартінон-Торрес, палеоантрополог із Національного центру дослідження еволюції людини.

У 1997 році H. antecessor вперше було віднесено до кісток, знайдених у горах Атапуерка, датованих приблизно 850 000 років тому, а у 2008 році, на пару шарів вище «Рожевого», члени команди повідомили про скам’янілості, датовані 1,1-1,2 мільйонами років тому, як «першого гомініна Європи». Незважаючи на те, що їх розділяють сотні тисяч років, «Рожевий» може бути тим самим видом, що й кістки 2008 року, за словами Бермудеса де Кастро.

Окрім кісток, команда виявила кам’яні знаряддя праці в Сіма-дель-Елефанте. Співавтор дослідження Хосе Педро Родрігес-Альварес, доісторичний археолог з Каталонського інституту палеоекології та соціальної еволюції, сказав, що прості знаряддя були зроблені з місцевого кварцу, кремні та вапняку, а кістки тварин, знайдені на цьому місці, демонструють сліди, створені людиною.

«Рожевий» надає додаткові докази того, що гори Атапуерка утворювали важливий коридор, багатий природними ресурсами, яким люди і тварини проходили 1,4 мільйона років тому, ймовірно, після того, як прибули в цей район зі Східної Європи. Але все ще є питання щодо того, що сталося приблизно 1,1 мільйона років тому. Суворі та холодні кліматичні умови могли призвести до зникнення H. aff. erectus, припустив Бермудес де Кастро, а потім з’явився H. antecessor.

Однак, якщо припущення про різку зміну клімату в горах Атапуерка є невірним, можливо, що залишкова популяція H. aff. erectus на короткий час збігався з H. antecessor, тобто два види гомінінів збігалися в Західній Європі.

«Найважливіше повідомлення, яке можна взяти додому, полягає в тому, що ця скам’янілість є найдавнішою скам’янілістю людини, знайденою на сьогодні у Західній Європі, – сказав Мартінон-Торрес, – яка документує раніше невідому популяцію людини в Європі».

Мартінон-Торрес сказав, що робота в Сіма-дель-Елефанте та над «Рожевим» триває, включаючи пошуки інших скам’янілостей, щоб повністю зрозуміти, ким були ці гомініни, звідки вони прийшли та які взаємодії вони мали з іншими гомінідами в цьому районі.