Наука

Вчені випадково знайшли абсолютно нову квантову частинку

0

За визначенням металеві матеріали і матеріали-діелектрики відрізняються дуже сильно. Але недавно, вчені з Прінстонського університету несподівано виявили в матеріалах-ізоляторах деякі квантові явища, які, як вважалося раніше, були унікальні по відношенню до металів. І ці квантові явища пов’язані безпосередньо з новим типом квантових частинок, які отримали назву нейтральних фермионов.

Основна різниця між металами і діелектриками полягає в тому, що перші матеріали проводять електричний струм, а другі – ні. На молекулярно-атомарному рівні це зводиться до того, наскільки вільно можуть переміщатися електрони в кристалічній решітці цих матеріалів. У металах електрони мають високу рухливість і переміщуються відносно вільно, а матеріали-ізолятори, очевидно, мають дуже високий електричний опір, яке кардинально сковує рух електронів.

Побічним ефектом сказаного вище є те, що в металевих матеріалах може виникати явище, відоме під назвою квантових коливань. Коли такі матеріали, охолоджені до наднизьких температур, піддаються впливу магнітного поля, електрони переходять в квантовий стан, що призводить до різкої зміни питомого опору матеріалу. Такий процес в металах має регулярний коливальний характер, але він практично не проявляється в матеріалах-ізоляторах через обмежену можливість переміщень електронів.

Зазначена вище точка зору вважалася догмою протягом поточного століття і більшої частини минулого століття. Але, в своїх нових дослідженнях Прінстонського вчені вперше і абсолютно випадковим чином виявили квантові коливання в ізоляційних матеріалах. Дослідники працювали з дітеллурідом вольфраму, вельми незвичайним матеріалом, який в більшості випадків демонструє металеві властивості, але перетворюється в діелектрик в своїй подібної графену двовимірної формі. Вимірюючи питомий опір монослоя цього матеріалу під впливом магнітного поля, вчені знайшли ознаки виникнення квантових коливань.

“Це стало для нас повною несподіванкою” – пишуть дослідники, – “І, природно, ми сразуже задалися питанням -” Що ж тут відбувається насправді? “. На жаль, і донині ми не розуміємо цього до самого кінця”.

Спостережувані вченими явища не можуть бути пояснені з точки зору всіх існуючих теорій, тому дослідники висунули власну нову гіпотезу. Вони стверджують, що джерелами квантових коливань не можуть бути електрони. Настільки сильні явища і взаємодії можуть створювати тільки квантові частинки нового типу. Так як в матеріалах-ізоляторах рух заряджених частинок заблоковано, нові квантові частинки повинні бути нейтральні, тобто не мати електричного заряду. А за характером виникаючих коливань вчені визначили, що ці гіпотетичні частинки повинні ставитися до сімейства частинок-ферміонів.

“Якщо наша інтерпретація спостережуваних явищ вірна, ми побачили абсолютно нову форму квантової матерії” – пишуть дослідники, – “І це вказує нам, що в надрах матріалов-ізоляторів може ховатися ціла поки не вторований нами квантовий світ. Цілком можливо, що за останні кілька десятиліть вчені вже не раз спостерігали прояви цього прихованого квантового світу, але ігнорували їх, як щось неможливе “.

Однак, Прінстонський вчені ще самі не впевнені в тому що їм вдалося побачити – це прояв існування нейтральних фермионов. Цілком ймовірно, що можуть бути знайдені й інші пояснення спостережуваних феноменів, і найближчим часом вчені спрямують свої зусилля на пошуки альтернативних варіантів пояснення, що стане спростуванням або підтвердженням висунутої ними гіпотези, про яку згадувалося вище. Джерело

Читати також

Коментарі

Коментування закрите.