Νέα κατάσταση της ύλης ανακαλύφθηκε από κβαντικούς επιστήμονες

Μια ομάδα φυσικών, συμπεριλαμβανομένου του επίκουρου καθηγητή του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης, Tigran Sedrakyan, ανακοίνωσε πρόσφατα στο περιοδικό Nature ότι ανακάλυψε μια νέα φάση της ύλης. Η ανακάλυψη, που ονομάζεται «χειρική ρευστή κατάσταση του bose», ανοίγει ένα νέο μονοπάτι στην πανάρχαια προσπάθεια κατανόησης της φύσης και του του φυσικού κόσμου.

Υπό τις καθημερινές συνθήκες, η ύλη μπορεί να είναι στερεή, υγρή ή αέρια. Αλλά μόλις πάμε πέρα ​​από την καθημερινότητα μας - σε θερμοκρασίες που πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν, πράγματα μικρότερα από ένα κλάσμα ατόμου ή άλλα που έχουν εξαιρετικά χαμηλές καταστάσεις ενέργειας - ο κόσμος φαίνεται πολύ διαφορετικός.

«Εδώ βλέπουμε ξεκάθαρα τις κβαντικές καταστάσεις της ύλης σε αυτά τα περιθώρια», λέει ο Sedrakyan, «και είναι πολύ πιο άγριες από τις τρεις κλασικές καταστάσεις που συναντάμε στην καθημερινή μας ζωή».

Ο Sedrakyan έχει περάσει χρόνια εξερευνώντας αυτές τις άγριες κβαντικές καταστάσεις και ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για την πιθανότητα αυτού που οι φυσικοί αποκαλούν «εκφυλισμό ζώνης», «ζώνες τάφρου» ή «κινητική απογοήτευση» στην κβαντική ύλη που αλληλεπιδρά έντονα.

Τυπικά, τα σωματίδια σε οποιοδήποτε σύστημα προσκρούουν μεταξύ τους και με αυτόν τον τρόπο προκαλούν προβλέψιμα αποτελέσματα, όπως οι μπάλες του μπιλιάρδου να χτυπούν η μία την άλλη και μετά να αντιδρούν με προβλέψιμο μοτίβο. Με άλλα λόγια, τα αποτελέσματα και τα σωματίδια συσχετίζονται. Αλλά σε ένα «απογοητευμένο» κβαντικό σύστημα, υπάρχουν άπειρες πιθανότητες που πηγάζουν από την αλληλεπίδραση σωματιδίων—ίσως η μπάλα του μπιλιάρδου να αιωρείται ή να μεγεθύνεται σε μια αδύνατη γωνία—και μερικές από αυτές τις άπειρες δυνατότητες μπορεί να οδηγήσουν σε νέες κβαντικές καταστάσεις.

Αυτό που έκαναν ο Sedrakyan και οι συνάδελφοί του είναι να κατασκευάσουν μια μηχανή «δυσφορίας»: μια ημιαγωγική συσκευή διπλής στρώσης. Το ανώτερο στρώμα είναι πλούσιο σε ηλεκτρόνια και αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται ελεύθερα. Το κάτω στρώμα είναι γεμάτο με «τρύπες» ή θέσεις που μπορεί να καταλάβει ένα περιπλανώμενο ηλεκτρόνιο. Στη συνέχεια, τα δύο στρώματα φέρονται εξαιρετικά κοντά μεταξύ τους - διατομικά κοντά.

Το πείραμα αποκάλυψε μερικές ενδιαφέρουσες ιδιότητες των ηλεκτρονίων, τα οποία παγώνουν σε ένα προβλέψιμο μοτίβο και με σταθερή κατεύθυνση περιστροφής, χωρίς να επηρεάζονται από άλλα σωματίδια ή μαγνητικά πεδία. Η σταθερότητα αυτή μπορεί να έχει εφαρμογή σε κβαντικά ψηφιακά αποθηκευτικά συστήματα.

Επίσης, αν εξωτερικά σωματίδια επηρεάσουν ένα μόνο ηλεκτρόνιο μέσα στο σύστημα, επηρεάζονται όλα τα ηλεκτρόνια του συστήματος λόγω της κβαντικής διεμπλοκής. Είναι σαν να χτυπάμε μία μπάλα μπιλιάρδου και όλες οι άλλες να ταξιδεύουν προς την ίδια κατεύθυνση.