Znanstvenici otkrivaju novo stanje materije: Quantum Spin Liquid

Fizičari iz Nacionalnog laboratorija Oak Ridge u Tennesseeju i na Sveučilištu u Cambridgeu zajedno su otkrili novo stanje materije. Znatni rezultati, objavljeni u časopisu Priroda, detaljno opažanje dugo teoretiziranog, ali uvijek neuhvatljivog stanja poznatog kao "kvantna spina tekućina" - u kojem se elektroni naizgled razbijaju na manje komade.

"Ovo je novo kvantno stanje materije, koje je predviđeno, ali nije viđeno ranije", rekao je Johannes Knolle, znanstvenik iz Cavendish Laboratory u Cambridgeu i jedan od koautora novina, u priopćenju.

Svatko s osnovnim znanjem fizike zna da postoje tri glavna stanja materije: krute tvari, tekućine i plinovi. Ljudi s malo više znanja mogu znati za druga dva klasična stanja: plazme (slobodne nabijene čestice koje tvore događaje visoke energije) i koloide ("u međusobnim odnosima" čine dvije države odjednom, poput maslaca).

Ipak, postoji više od desetak drugih stanja koja postoje, ona koja su vidljiva samo u vrlo malim skalama ili pod vrlo fenomenalnim događajima. Jedna od njih je kvantna spina tekućina: kaotično stanje koje zahtijeva malo više objašnjenja prije nego što stvarno možete shvatiti što se događa.

Prema kvantnoj mehanici, svaka čestica može pokazati dvije vrste momenta. Prvi je orbitalni kutni moment, a drugi je vrtnja. Surova analogija za ova dva pojedinačna djelovanja je planet koji se okreće oko Sunca i pokazuje i orbitu i aksijalnu vrtnju.

Kada je sustav postigao niz interaktivnih kvantnih okretaja, smatra se da je u poremećenom stanju na isti način kako je tekuća voda poremećena u usporedbi s čvrstim ledom. Kvantna spin tekućina ima slično ponašanje, ali na niskim temperaturama. Umjesto da se spoje u jedinstvenom uzorku, kao da bi se supstance spojile u čvrstom stanju, komadić materije koji je u kvantnoj tekućini i dalje će djelovati neredovito poput vrućeg nereda juhe. Zapravo, aktivnost je toliko ekstremna da se čestice zapravo raspadaju. To je scena koja proturječi upravo onome što biste očekivali u hladnom okruženju.

U ovom slučaju, istraživački je tim primijetio frakcijske čestice poznate kao Majorana fermioni u dvodimenzionalnom materijalu koji je sličan grafenu. Ono što su promatrali bilo je slično hipotetičkom modelu kvantne spinske tekućine poznatoj kao Kitajev model. Rezultati konačno označavaju kraj 40-godišnje potrage za tim stanjem materije.

Konkretnije, nova kvantna spinska tekućina promatranja bacaju svjetlo na svojstvo poznato kao cijepanje elektrona, koje bi jednog dana moglo pomoći u konstruiranju novih vrsta kvantnih računala koja rade brže od današnjih strojeva zaobilazeći granice konvencionalnih materijala.

Takav proboj je desetljećima u budućnost. Ipak, sama činjenica da smo uspjeli promatrati novo stanje materije u tijelu samo je još jedan znak da ljudi tek trebaju počešati površinu u razumijevanju kako prirodni svijet djeluje.