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
| Рассуждения | 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

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

Глубинные аномалии Калифорнии: Как литосфера Сьерра-Невады отслаивается и уходит на дно

Знаете, иногда природа подбрасывает нам такие загадки, что голова кругом идет. Вот, например, горы Сьерра-Невада в Калифорнии. Красивейшие места, спору нет. Но, оказывается, под этой живописной...

Как изменились игровые ПК за 2024 год по данным Steam

Steam ежемесячно публикует занимательную и интересную статистику, которая позже становится объектом споров и дискуссий. Также эта информация, при должной обработке и отслеживании динамики,...

Почему картошка сменила репу на Руси: история главной овощной революции

Внедрение картофеля в Западной Европе выглядит очевидным и логичным шагом — там он стал настоящим «суперовощем», не имевшим достойных аналогов. Заморский гость предложил европейцам то,...

Дороги смерти: 7 самых опасных маршрутов планеты

Дороги — это не просто пути для движения транспорта, но и место, где ежедневно происходит множество событий, от жизненно важных до трагичных. Хотя большинство дорог по всему миру...

Чем российское молоко отличается от произведённого в США?

Молоко — один из главных и наиболее востребованных продуктов человечества. Благодаря высокому содержанию белка, кальция и других питательных элементов оно способствует поддержанию...