Меню
Назад » » 2020 » Сентябрь » 8

Квантовый мир оказался еще более странным, чем считали физики

  • 08.09.2020
  • 195 Просмотров
  • Обсудить

Исследователи из Университета Пердью в Уэст-Лафайетт, штат Индиана, получили новое экспериментальное подтверждение группового поведения электронов, при котором образуются энионы — квазичастицы, существующие в двумерных системах. Статья об этом опубликована в издании Nature Physics.

До того, как были открыты энионы, элементарные частицы и квазичастицы делили на две большие группы: фермионы и бозоны. К первым, например, относятся носители электрического заряда — электроны, а ко вторым — фотоны. У фермионов и бозонов есть ряд фундаментальных отличий: так, фермионы могут иметь дробный спин, а бозоны — только целочисленный; у фермионов есть античастицы, а у бозонов их нет; принцип запрета Паули применим только к фермионам.

$IMAGE2$ Картина интерференции энионов — «пижамная диаграмма»

Картина интерференции энионов — «пижамная диаграмма»/ Nakamura, Manfra et al., Nature Physics, 2020

Существование энионов было впервые теоретически обосновано еще в 1977 году группой норвежских физиков. Эти квазичастицы являют собой обобщение бозонов и фермионов и не могут быть четко отнесены к одной из групп. Их название происходит от английского слова any — «любой, всякий». Энионы обладают характеристиками, которых нет у других частиц: например, могут иметь дробный заряд и дробные квантовые статистики, которые сохраняют «память» о взаимодействиях с другими квазичастицам.

«Энионы существуют только как коллективные возбуждения электронов при особых обстоятельствах, — говорит соавтор исследования Майкл Манфра. — Но у них действительно есть эти явно необычные свойства <…>. Забавно, потому что ну как они могут иметь меньший заряд, чем элементарный заряд электрона? Но так есть».

Долгое время существование энионов оставалось лишь теорией. Но в 2005 году физики из Университета Стоуни-Брук в штате Нью-Йорк смогли на специальном интерферометре выявить несколько событий, вызванных интерференцией этих квазичастиц. Новая работа дает еще больше экспериментальных подтверждений существованию энионов.

Упрощенная схема интерферометра, на котором проводились эксперименты
Упрощенная схема интерферометра, на котором проводились эксперименты

Исследователям удалось добиться условий для проявления квазичастиц, направляя электроны по своеобразному «лабиринту», вытравленному в наноразмерном интерферометре из арсенида галлия и арсенида алюминия-галлия. Таким образом, движение частиц было ограничено двумерным пространством. При этом к интерферометру прикладывали мощное магнитное поле индукцией 9 Тл и охлаждали его до 10 милликельвинов. Полученная картина интерференции частиц — ученые назвали ее «пижамной диаграммой» — указывала на появление энионов.

Следующим шагом в изучении энионов будет создание более сложных интерферометров. «<…> У нас будет возможность контролировать расположение и количество квазичастиц в камере, — говорит ведущий автор исследования Джеймс Накамура. — Тогда мы сможем изменять количество квазичастиц внутри интерферометра по запросу и менять интерференционную картину по своему усмотрению».

Работа американских исследователей может быть полезной для создания производительных квантовых компьютеров. Однако авторы исследования считают, что это в первую очередь важный шаг в теоретической квантовой физике и очередное доказательство того, что квантовый мир очень странный.

Оригинал


Никто не решился оставить свой комментарий.
Будь-те первым, поделитесь мнением с остальными.
avatar
Читайте также
30.09.2020 в 15:42 Необычные случаи, когда дети вспоминают свои прошлые жизни и доказывают это

Реинкарнация – увлекательная тема, которая слишком долго оставалась на обочине научных исследований. К счастью, в последнее время она начала вызывать серьезный интерес научного сообщества.

Читать далее

30.09.2020 в 15:38 На остров выбросило останки загадочного существа с щупальцами
Останки загадочного существа, выброшенные на берег острова Уидби в американском штате Вашингтон, озадачили специалистов.

Читать далее

30.09.2020 в 15:32 Названа убившая древних майя страшная катастрофа
Ученые Испанского национального исследовательского совета пришли к выводу, что 1590 лет назад древняя цивилизация майя частично пострадала из-за катастрофического извержения вулкана Илопанго, убившего все живое в радиусе 40 километров....

Читать далее

29.09.2020 в 22:11 Японская омолаживающая процедура: как выглядеть на 10 лет моложе
В Японии косметологическими свойствами риса пользуются с давних времен. Все главные секреты красоты японок основаны именно на этом продукте.

Читать далее

29.09.2020 в 15:27 В отравлении Навального есть незамеченный никем след

20 августа 2020 года началась гудящая сейчас на весь мир история с отравлением господина Навального. История началась с того, что Навальному стало плохо  в самолете на рейсе из Томска в Москву. После госпитализации его перевезли в немецкую клинику...

Читать далее