Открытие нового экзотического материала, состоящего из субатомных частиц
Исследователи обнаружили экзотический материал, состоящий из бозонов - субатомных частиц, которые могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии. Это открытие, первое в своем роде, может оказать большое влияние на наше понимание материи. Последствия огромны: от решения глубоких вопросов квантовой физики до потенциального применения в таких областях, как квантовые вычисления и лазерные технологии.
Ученые всегда ищут следующий материал, который может изменить наше понимание материи и помочь в разработке новых технологий. Будь то повышение энергоэффективности, создание более мощных компьютеров или раскрытие тайн квантовой физики, открытие новых материалов играет важнейшую роль. Среди этих материалов особый интерес представляют материалы, состоящие из субатомных частиц, таких как бозоны, благодаря их уникальным свойствам и возможности применения в различных областях науки и техники.
Недавно группа специалистов из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Национального института материаловедения в Японии добилась значительного прогресса в нашем понимании материи на квантовом уровне. Они разработали экзотический материал, состоящий из бозонов. Это открытие является новаторским, поскольку позволяет по-новому взглянуть на поведение этих частиц, которые могут одновременно занимать одно и то же квантовое состояние. Исследование опубликовано в журнале .
Бозонный материал
Бозоны - это класс субатомных частиц, отличающихся своим спином - внутренним свойством, определяющим их поведение в квантовых масштабах. В отличие от фермионов, которые имеют полуцелый спин и подчиняются принципу исключения Паули (это означает, что ни один фермион не может одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии с другим), бозоны имеют целый спин и могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии.
Ведущий автор Ченхао Цзинь объясняет в пресс-релизе: "Обычно люди посвящали большую часть своих усилий пониманию того, что происходит, когда много фермионов собираются вместе". Он добавляет: "Суть нашей работы в том, что мы, по сути, создали новый материал из взаимодействующих бозонов".
Таким образом, исследовательской группе под руководством профессора Дэвида Уэлда удалось создать материал, состоящий из бозонов. Этот материал также является "конденсатом Бозе-Эйнштейна" - состоянием материи, которое возникает, когда бозоны охлаждаются до температуры, близкой к абсолютному нулю. В этом состоянии бозоны ведут себя как одна гигантская частица, что облегчает ученым их изучение.
В частности, этот уникальный материал представляет собой высокоупорядоченный кристалл бозонных частиц, называемых экситонами. Его создание включало технику наслоения двух двумерных материалов. Авторы сформировали сеть, наложив слой диселенида вольфрама и слой дисульфида вольфрама. Эти два слоя не были идеально выровнены, создавая муаровый узор. Последнее происходит, когда две сетки перекрываются с небольшим углом смещения, создавая новый узор большего размера.
Используя световой метод, называемый спектроскопией накачки-зонда, исследователи создали и исследовали поведение экситонов в своей системе — электронов в дисульфиде вольфрама и "дырок" в диселениде вольфрама.
Вы должны знать, что два фермиона — отрицательно заряженный электрон и положительно заряженная противоположная "дырка" там, где может быть электрон — также могут соединяться, образуя экситон с полным целым спином, который затем также может функционировать как частица.
Создание этого экзотического состояния вещества доказывает, что муаровая платформа и спектроскопия накачки могут стать эффективным способом создания и изучения бозонных материалов. Рачен Сюн, соавтор исследования, объясняет: "Мы создали платформу, потому что у нас не было очень хорошего способа изучать бозоны в реальных материалах. Хотя экситоны хорошо изучены до этого проекта, не было способа заставить их сильно взаимодействовать друг с другом".
С помощью этого метода, по словам Джина, можно было бы не только изучать хорошо известные бозонные частицы, такие как экситоны, но и открывать больше окон в мир конденсированной материи с помощью новых бозонных материалов.
Их работа имеет глубокое значение для физики. Этот новый материал может помочь решить некоторые из самых глубоких вопросов квантовой физики, такие как природа сверхтекучести и сверхпроводимости.
Если исследователям удастся контролировать материальные состояния материи и манипулировать ими, это может иметь значение для квантовых вычислений, а также для лазерных технологий. Однако важно подчеркнуть, что эти выводы в значительной степени спекулятивны и потребуют будущих исследований для подтверждения их достоверности и применимости.