Naukowcy prawdopodobnie odkryli nową cząstkę kwantową i to całkiem przypadkowo

Wszyscy wiedzą, że metale i izolatory są różne z definicji. Ale naukowcom z Princeton University udało się (i całkiem przypadkowo) zarejestrować niezwykłe zachowanie kwantowe w izolatorze, które wcześniej uważano za możliwe tylko w metalach. Odkrycie to sugeruje, że istnieje zupełnie nowy typ cząstki kwantowej zwany neutralnym fermionem.

Stare postulaty i nowe realia

Wszyscy wiedzą, że metale są doskonałymi przewodnikami ładunków elektrycznych, ale dielektryki nie.

Na poziomie molekularnym postulat ten sprowadza się do tego, że w metalach elektrony poruszają się dość swobodnie po sieci krystalicznej. W izolatorach elektrony atomów „siedzą dość sztywno” na swoich orbitach, a zatem mają dużą rezystancję.

Zatem w postaci efektu ubocznego dobrego przewodnictwa metali można zaobserwować efekt zwany oscylacjami kwantowymi. Jeśli metal jest silnie schłodzony i wystawiony na działanie silnego pola magnetycznego, wówczas elektrony mogą przejść w stan kwantowy, który wywołuje fluktuacje rezystywności materiału.

Jednak taki efekt nie był wcześniej obserwowany w izolatorach ze względu na niezbyt dobrą zdolność poruszania się elektronów. Jednak nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Princeton University wykazało, że efekt oscylacji kwantowych występuje również w izolatorach.

Nowe badania i przypadkowe odkrycie

W swoim najnowszym eksperymencie naukowcy pracowali z ditelluridem wolframu, który w masie wydmuchuje się jak metal, ale po złożeniu w formę dwuwymiarową, taką jak grafen, przekształca się w izolator.

Tak więc przy następnym pomiarze rezystywności jednowarstwowego materiału w polu magnetycznym naukowcy byli zaskoczeni, stwierdzając, że zaczął on oscylować. Jak S. Wu (odpowiedzialny za badania), odkrycie tego efektu było całkowitym zaskoczeniem i zdezorientowaniem naukowców.

Obserwowanego zjawiska nie udało się wyjaśnić żadną z istniejących teorii, dlatego naukowcy przedstawili własną wersję tego, co się dzieje. Zgodnie z ich wersją to nie same elektrony wibrują w izolatorze, ale najprawdopodobniej silne oddziaływania mogą powstać z powodu nowych cząstek kwantowych.

Ponieważ izolatory blokują niezakłócony ruch naładowanych cząstek, takich jak elektrony, nowe cząstki, które powodują oscylacje kwantowe, muszą mieć ładunek neutralny.

Te hipotetyczne neutralne fermiony mogą następnie wykazywać obserwowane oscylacje kwantowe.

Tak więc, jeśli założenie naukowców jest poprawne, to udało im się odkryć całkowicie nową formę materii kwantowej, która jest ukryta w izolatorach.

Aby potwierdzić hipotezę naukowców, konieczne jest przeprowadzenie wielu badań, w trakcie których stanie się w końcu staje się jasne, czy neutralne fermiony rzeczywiście istnieją, czy też istnieje inne wytłumaczenie ich odkrycia dziwactwa.

Naukowcy podzielili się wynikami swoich badań na łamach czasopisma Nature. Jeśli podobał Ci się materiał, oceń go i nie zapomnij zasubskrybować. Dziękuję za uwagę!