Od lat uczniowie dowiadują się, że istnieją cztery obserwowalne stany materii: ciała stałe, ciecze, gazy i plazma. Ale dzięki pracy fizyków z University of Cambridge i Oak Ridge National Laboratory podręczniki naukowe mogą wymagać aktualizacji o zupełnie nową fazę materii: „ciecz spinowa kwantowa”.
powiązana zawartość
- Poszukiwanie nieuchwytnych neutrin na Antarktydzie generuje ogromne ilości danych
Po dziesięcioleciach poszukiwań naukowcy odkryli pierwszy możliwy do zaobserwowania dowód na nieuchwytny stan, udokumentowany niedawno w Nature Materials. Oto trzy rzeczy, które należy wiedzieć o kwantowej cieczy spinowej:
To nie jest tak naprawdę płyn
„Ciecz” w „kwantowej cieczy spinowej” jest prawie myląca. W przeciwieństwie do znanych płynów, takich jak woda, słowo to odnosi się do zachowania elektronów w pewnych rzadkich okolicznościach. Wszystkie elektrony mają właściwość zwaną spinem i mogą wirować w górę lub w dół. Ogólnie rzecz biorąc, gdy temperatura materiału stygnie, jego elektrony zaczynają wirować w tym samym kierunku. Jednak w przypadku materiałów w stanie spinu kwantowego elektrony nigdy się nie wyrównują. W rzeczywistości stają się coraz bardziej nieuporządkowane, nawet w temperaturach absolutnego zera, informuje Fiona MacDonald dla Science Alert . Ta chaotyczna, płynąca natura zachęciła fizyków do opisania stanu jako „płynnego”.
Sprawia, że elektrony wydają się rozdzielać
Każdy atom we wszechświecie składa się z trzech cząstek: protonów, elektronów i neutronów. Podczas gdy fizycy odkryli, że protony i neutrony składają się z jeszcze mniejszych cząstek zwanych kwarkami, do tej pory stwierdzono, że elektrony są niepodzielne. Jednak około 40 lat temu fizycy teoretyczni postawili hipotezę, że w pewnych okolicznościach elektrony niektórych materiałów mogą wydawać się rozszczepiać na kwazicząstki zwane „fermionami Majorany”, pisze Sophie Bushwick dla Popular Science .
Teraz elektrony tak naprawdę się nie rozpadają, po prostu zachowują się tak, jak gdyby. Ale to, co jest naprawdę dziwne w fermionach Majorany, to to, że mogą one oddziaływać ze sobą na poziomie kwantowym, tak jakby były w rzeczywistości cząsteczkami. Ta dziwna właściwość nadaje kwantowym cieczom spinowym ich nieuporządkowane właściwości, ponieważ interakcje między fermionami Majorany uniemożliwiają jej osiadanie się w uporządkowaną strukturę, pisze Bushwick.
W przeciwieństwie do uporządkowania cząsteczek wody podczas zamarzania w lodzie, chłodzenie kwantowej cieczy spinowej nie prowadzi do zmniejszenia zaburzenia.
Kwantowe ciecze spinowe mogą pomóc w opracowaniu komputerów kwantowych
Jakkolwiek współczesne komputery mogą być tak potężne, wszystkie ich operacje sprowadzają się do kodowania informacji jako sekwencji zer i jedynek. Z drugiej strony komputery kwantowe mogłyby teoretycznie być znacznie potężniejsze, kodując informacje za pomocą cząstek subatomowych, które mogą wirować w wielu kierunkach. Dzięki temu komputery kwantowe mogą wykonywać wiele operacji jednocześnie, co czyni je wykładniczo szybszymi niż zwykłe komputery. Według autorów badania fermiony Majorany mogą pewnego dnia zostać wykorzystane jako elementy składowe komputerów kwantowych, wykorzystując szalenie wirujące kwazicząstki do wykonywania wszelkiego rodzaju szybkich obliczeń. Chociaż jest to wciąż bardzo teoretyczny pomysł, możliwości przyszłych eksperymentów są ekscytujące.
