Квантовый зоопарк пополняется. Встречайте — дробные экситоны: гибриды бозонов и фермионов

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

Мир квантов — это загадочная территория, где правила, привычные нашему повседневному опыту, перестают действовать. Здесь частицы могут одновременно находиться в нескольких местах, проходить сквозь стены и общаться на расстоянии, словно используя невидимый интернет. Эти явления, казавшиеся фантастикой, стали реальностью, которую ученые пристально изучают. И вот, новое открытие — дробные экситоны — готово перевернуть наши представления о квантовом мире.

Что за зверь такой — дробный экситон?

Недавно команда физиков из Университета Брауна обнаружила новый класс квантовых частиц, которые они назвали дробными экситонами. Зачем вообще понадобилось такое название? Давайте разберёмся.

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

Начнём с экситонов. Это, по сути, «квантовые пары», состоящие из электрона и «дырки» (отсутствия электрона), связанных между собой. Обычно, экситоны ведут себя как «обычные» частицы, но, как выяснилось, бывают и «необычные». Дробные экситоны — это экситоны, которые живут в особом квантовом режиме, когда их свойства становятся… дробными.

Эффект Холла: откуда ноги растут

Чтобы понять, что же такого «дробного» в этих экситонах, нужно вспомнить про эффект Холла. Этот эффект возникает, когда магнитное поле прикладывается к материалу, по которому течёт электрический ток. В результате появляется поперечное напряжение. Но в квантовом мире, при низких температурах и сильных магнитных полях, этот эффект проявляется по-другому. Поперечное напряжение не растёт плавно, а скачками, причём, эти скачки могут быть «дробными» — то есть составлять не целое число, а его часть, от заряда электрона.

Именно в таких экстремальных условиях ученые и наблюдали появление дробных экситонов. Они построили сложную структуру из двух слоёв графена, разделённых изолятором, и создали магнитное поле, в миллионы раз сильнее земного. В результате, им удалось получить экситоны с необычными свойствами.

Не бозон, не фермион… кто же?

Обычно все частицы в квантовом мире делятся на два лагеря: бозоны и фермионы. Бозоны любят «тусоваться» вместе, они могут занимать одно и то же квантовое состояние, как, например, фотоны. Фермионы же, напротив, не терпят конкуренции, и каждый из них старается занять своё «место под солнцем», подчиняясь принципу Паули. А где же здесь дробные экситоны?

И вот тут самое интересное: дробные экситоны не вписываются ни в один из этих лагерей. Они обладают свойствами и бозонов, и фермионов одновременно. Что-то среднее между ними — так называемые «анионы», ещё более загадочные частицы. Но и тут есть загвоздка — дробные экситоны по своим характеристикам отличаются даже от анионов.

Экситон в кристаллической решетке
Автор: CielProfond Источник: commons.wikimedia.org
Что всё это значит для науки?

Но зачем нам вообще знать об этих странных частицах, живущих в экстремальных условиях? Дело в том, что дробные экситоны могут открыть новые возможности для квантовых технологий. Управляя их свойствами, можно будет создавать более совершенные квантовые компьютеры, а также новые материалы с удивительными свойствами.

По сути, учёные открыли новое «окно» в квантовый мир, новое измерение, которое нужно исследовать. Они только начали свой путь, пытаясь понять, как взаимодействуют дробные экситоны и можно ли ими управлять. Но одно ясно точно: это открытие может стать важным шагом на пути к созданию совершенно новых технологий и углублению нашего понимания фундаментальных законов природы.

Этот «квантовый зоопарк» пополняется, и каждый новый «житель» ставит перед нами всё новые и новые вопросы. Но именно в этой загадочности и заключается вся прелесть науки — всегда есть что-то новое, что нужно исследовать. И кто знает, какие ещё удивительные открытия нас ждут впереди.

4 комментария

Добавить комментарий

S
Кто-нашел книжку 70х годов и переоткрыл дробный квантовый эффект Холла?
Нобелевку за него дали еще в прошлом веке.


https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%A5%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B0
S
«Поперечное напряжение не растёт плавно, а скачками, причём, эти скачки могут быть «дробными» — то есть составлять не целое число, а его часть, от заряда электрона.» Это что, так называемый, ИИ насочинял? Напряжение измеряется в Вольтах а заряд в Кулонах
a
Кулон и вольт имеют слишком большие величины для квантовой физики. Поэтому там измеряют в элементарных зарядах — зарядах электрона.
То, что есть частицы с дробными зарядами давно не секрет — это кварки. А в статистических эффектах может быть все, что угодно. SirGale уже дал ссылку.
S
Кулон и вольт имеют слишком большие величины для квантовой физики. Поэтому там измеряют в элементарных зарядах — зарядах электрона.
То, что есть частицы с дробными зарядами давно не секрет — это кварки. А в статистических эффектах может быть все, что угодно. SirGale уже дал ссылку.

Ссылка не открывается. Заряд можно измерять в зарядах элементарной частицы (например, электрона). Но не в вольтах (единица измерения разности потенциалаов). Вероятно путаница (при написании статьи) возникла из-за неправильной трактовки термина эВ (электронвольт) — внесистемная единица энергии, используемая в атомной и ядерной физике. Если бы я на зачете или экзамене по теоретической физике спутал единцы измерения энергии и заряда, меня бы выгнали, скорее всего, — преподаватель теоретической физики доцент Иванов был, просто, «зверь», хотя в данном случае это было бы вполне оправдано. Поэтому я и предположил с сарказмом, что тут «творчество» ИИ, который насобирал информацию из статей по ядерной, теоретической, квантовой физике в Интернете, где много говорится о заряде электрона и энергии в электронвольтах, и сделал «свои выводы»

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор бюджетного Midi-Tower корпуса SAMA V42

Строгий прямоугольный Midi-Tower корпус SAMA V42 привлекает внимание не только ценой, но и нестандартной волнообразной передней панелью и комплектными предустановленными вентиляторами в количестве...

Обязано ли наше тело своим физическим весом виртуальным частицам?

Человеческий организм привычно описывать в категориях биологии и химии. Мы знаем, что наше тело состоит из органов, органы — из клеток, а клетки — из сложных органических...

«Фолкеркское колесо»: почему огромный лифт для кораблей тратит энергии не больше обычного чайника

Конструкция из высокосортной стали весом 1200 тонн плавно поднимает лодки в небо на высоту восьмиэтажного дома. Любой человек, далекий от инженерии, решит, что для работы такого монстра нужна целая...

Может ли сознание быть квантовым? Физики объяснили, почему квантовый разум не способен принять ни одного решения

В современной науке есть популярная идея о том, что квантовая механика способна объяснить природу сознания, субъектности и свободы воли. Сторонники этого подхода утверждают, что уникальные свойства...

Почему за уборку мусора на пляже в Калифорнии получают штраф вместо благодарности

Классический сценарий: доброволец и просто хороший человек приходит на дикий пляж, видит под ногами кучу битого стекла и решает собрать этот хлам в пакет дабы донести до ближайшей урны. Благородно?...

Почему у морских коньков самцы сами вынашивают потомство, и какой в этом расчет

В 1970-х годах биологи решили провести необычный эксперимент. Они ввели небеременному самцу морского конька гормон изотоцин. Результат исследователей просто озадачил: абсолютно свободный от икры...