Физики обнаружили экзотическое состояние материи: что такое квантовая спиновая жидкость?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Представьте себе мир, где магнитные силы, обычно выстраивающие порядок, вдруг теряют свою власть. Где даже при самом сильном холоде, при абсолютном нуле, частицы не успокаиваются, а продолжают свой хаотичный танец. Нет, это не фантастический роман, а реальность, которую изучают физики, пытаясь разгадать тайну квантовой спиновой жидкости — экзотического состояния материи, бросающего вызов нашим привычным представлениям о магнетизме.

Что такое квантовая спиновая жидкость?

В обычном мире, когда температура понижается, магнитные моменты атомов, словно стрелки компаса, стремятся выстроиться в определенном порядке, формируя знакомые нам магнитные свойства. Но не в случае квантовой спиновой жидкости. Здесь, даже при температуре, стремящейся к абсолютному нулю, спины электронов, которые можно представить как миниатюрные магниты, не находят покоя. Они не выстраиваются в единую структуру, а остаются в состоянии постоянных флуктуаций, запутанные между собой словно волны в бушующем океане.

Иллюстрация
Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Это состояние обусловлено сложными правилами квантовой механики и приводит к появлению необычных свойств, напоминающих фундаментальные взаимодействия в нашей Вселенной, например, взаимодействие света и материи. Но вот в чём загвоздка: хотя теоретически существование этих жидкостей предсказано уже давно, найти убедительные экспериментальные доказательства их существования оказалось крайне сложно.

Прорыв в мире пирохлоров

Однако недавно международная группа учёных, работая с материалом под названием пирохлорный станнат церия, смогла сделать важный шаг к подтверждению реальности квантовых спиновых жидкостей. Их методика, опубликованная в журнале Nature Physics, сочетала передовые экспериментальные техники, такие как рассеяние нейтронов при экстремально низких температурах, и тщательный теоретический анализ.

Учёные «постучались» нейтронами по спинам электронов пирохлора, словно зондируя их магнитные свойства. И что же они обнаружили? Коллективные возбуждения спинов, взаимодействующие со светоподобными волнами — словно в недрах вещества проявились отголоски квантовой электродинамики.

Спиноны: странные осколки магнетизма

Один из самых удивительных аспектов этого открытия — наблюдение так называемых спинонов. В обычной ситуации, когда магнитный момент электрона меняет направление, мы наблюдаем одно цельное событие. Но в квантовых спиновых жидкостях всё не так просто. Возбуждение распадается на две части — две «половинки» спина, каждая из которых несёт половину квантового числа. Эти «половинки», и есть спиноны — дробные квазичастицы, словно осколки разбившегося магнита.

И вот тут начинается самое интересное: спиноны, хоть и являются осколками спина, взаимодействуют между собой не как обычные магниты, а как электрически заряженные частицы, обменивающиеся «светоподобными» квантами. Это взаимодействие очень напоминает то, как электроны обмениваются фотонами, формируя основу квантовой электродинамики. Это значит, что в квантовой спиновой жидкости можно изучать явления, которые обычно проявляются только на микроскопическом уровне.

Аналогия со светом и электронами

В обычной квантовой электродинамике свет, то есть фотоны, распространяется с постоянной скоростью. В квантовых спиновых жидкостях всё иначе: эмерджентный «свет», которым обмениваются спиноны, движется гораздо медленнее — примерно в 100 раз. Это создает уникальные условия для изучения таких явлений, как излучение Черенкова и рождение пар частица-античастица, что расширяет наше понимание квантового мира.

Иллюстрация
Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Что дальше?

Это открытие — важный шаг к доказательству реальности квантовых спиновых жидкостей и пониманию их свойств. Оно не только открывает новые горизонты в фундаментальной физике, но также может стать ключом к разработке новых квантовых технологий, например, квантовых компьютеров. И, конечно, это исследование поднимает и другие вопросы. Например, можно ли в этих материалах найти так называемые визоны — частицы, несущие электрический заряд, подобные гипотетическим магнитным монополям?

Как ни странно, изучение квантовых спиновых жидкостей, этих «речных течений» в микромире, может дать нам ответы на вопросы, которые волнуют ученых уже не одно столетие, и открыть двери в совершенно новые области квантовой науки. Возможно, в этих необычных состояниях материи кроются ключи к пониманию самых фундаментальных законов мироздания.

3 комментария

Добавить комментарий

h
Зачем эти тупые иллюстрации от ИИ?
V
Ахаха, я смотрю Вы от роли не уходите.
1
Автор статьи не разбирается в том, о чём пишет. Чего только стоит «Учёные «постучались» нейтронами по спинам электронов<...>». Спин — это не частица, а один из параметров частицы. Если это попытка «объяснить» суть простыми словами, то сделано это не грамотно.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Нейросеть впервые написала промпт человеку: как ИИ-агент использовал ученых для отладки кода

В августе профессор Ахац фон Харденберг, работающий на кафедре экологии в Университете Павии в Италии, получил на рабочую электронную почту необычное сообщение. Автор письма задавал технический...

Почему привычные 40 °C не всегда лучший режим для стирки

У меня режим 40 °C долго был почти автоматическим выбором. Не холодная вода, значит вещи должны отстираться лучше. Но и не 60 °C, поэтому ткань вроде бы не испытывает лишней нагрузки. В общем,...

Еще одна MicroSD 256Gb с таобао за 650 рублей и с фэйковым объёмом. История покупки и возврата

Продолжаю покупать на Таобао дешевые MicroSD в надежде найти правду. Но снова попался фэйк. Теперь это некая Shengjie на 256Gb, которая по заверениям производителя должна иметь честный объём, всего...

Как монумент «Родина‑мать зовёт!» массой 8000 тонн стоит без крепления на основании

Монумент «Родина‑мать зовёт!» на Мамаевом кургане — не только мощный художественный образ, памятник главной битве Великой Отечественной войны, но и выдающийся инженерный проект. Общая...

Бурый медведь против амурского тигра: кто сильнее и чем заканчиваются их встречи

Когда сравнивают тигра и бурого медведя, разговор почти сразу сводится к размерам. Медведь тяжелее, значит, должен быть сильнее. Потом кто-нибудь вспоминает скорость тигра, его реакцию и охотничьи...

45 секунд над волнами без единого вдоха: как морская рыба побила мировой рекорд полета и чем за это заплатила

Секундомер видеомонтажного пульта японского телеканала NHK зафиксировал ровно 45 с непрерывного парения рыбы над гребнями волн на скорости около 50 км/ч. Для наглядности: первый в истории...