#33 Dwa Wymiary i Nowy Stan Skupienia Materii, czyli 'Amerykańscy Naukowcy...'

0. Wstępniak.

No, hej, dziewczęta i chłopcy, żądni wiedzy i nowinek ze świata kwantów.

To, co dziś zaprezentuję, nie jest jakimś mega kosmosem, który otworzy Wam oczy i zmieni światopogląd.

Nie będę wypisywał o czarnych jak czarne dziury dziurach, mysich norach, w których myszy potajemnie przeprowadzają doświadczenia fizyczne, tudzież rozszczepiają atomy młotkiem.

Wiem, że to, co napisałem, to trochę brednie, ale takie mamy Internety i ja też muszę trochę pobredzić, zanim przejdę do rzeczy.

Chciałem Wam tylko zakrzywić mózgi, bo za chwilę będę je Wam prostował.

A żeby coś naprostować, trzeba najpierw to wykrzywić. Mózgi macie proste i chłonne jak gąbka, więc-dlatego-jednakowoż trochę gnoju na podkładkę, coby lepiej rosło.

Pieczarki też tak mają ;)

1. Odkryto nowy stan skupienia materii...

… dzięki dwuwymiarowemu materiałowi. Co to takiego?

To bardzo cienki materiał, o grubości około jednego atomu. Płaszczyzna, taka bardzo cienka kartka papieru, która w praktyce... nie ma grubości. Zachowuje się, jakby miała dwa wymiary, a nie trzy, jak cała inna materia w naszym Wszechświecie. Wszystko ma szerokość, wysokość i grubość, a taki grafen, który też jest materiałem dwuwymiarowym, ma tylko szerokość i długość. W praktyce, bo teoretycznie wszystko ma trzy wymiary, oprócz niektórych cząstek elementarnych. Zima w głowie, prawda?

Teraz będzie już z górki.

Międzynarodowy zespół badaczy dostarczył dowodu na niecodzienny nowy stan skupienia materii.

Jego istnienie przewidziano w teorii 40 lat temu, a dziś mamy go naprawdę. Stan ten nosi nazwę 'kwantowej cieczy spinowej'.

Fajna nazwa, już mam w połowie zryty beret :)

A jeszcze fajniejsza jest jej właściwość: powoduje, że elektrony, które z założenia są cząstkami elementarnymi i nie podlegają dalszej kwantyzacji, czyli rozłożenia na dalsze czynniki pierwsze, rozpadają się... Do roku 2016 wydawało się całemu naukowemu światu, że elektrony są niepodzielnymi budulcami materii, jednak eksperyment dowiódł, że tak nie jest.

Zespół naukowców, włączając fizyków z Uniwersytetu w Cambridge (no i gdzie ci amerykańscy naukowcy? No gdzie, pytam?) dokonał pomiarów i wykrył pierwsze oznaki podzielonych elektronów, nazywane od teraz 'fermionami Majorany' na dwuwymiarowym materiale, o strukturze podobnym do grafenu.

Wyniki eksperymentu doskonale wpasowały się w dość już leciwą teorię kwantowej cieczy spinowej, nazywaną także modelem Kitaeva. Kwantowa ciecz spinowa to niezbadany dotąd stan skupienia materii, które rzekomo są ukryte w pewnych materiałach posiadających własności magnetyczne, ale...

… nie zostały dotąd odkryte w naturze.

2. Rozdzieranie elektronów.

Przełomem jest odkrycie rozbicia elektronów. To tak zwana frakcjonalizacja. Zaobserwowanie jej w prawdziwym, realnym  materiale to nie lada przełom w nauce. To gigantyczna niespodzianka i krok milowy w fizyce cząstek. Dlaczego?

Ponieważ fermiony Majorany, produkt rozbicia elektronów, mogą być użyte jako budulec, a właściwie podstawowe części składowe komputerów kwantowych. Komputery kwantowe to melodia niedalekiej przyszłości, będą one szybsze niż tradycyjne komputery i będą mogły rozwiązywać zadania poza zasięgiem naszych obecnych blaszaków. Pecetów. Ok, i tak wiem, że wolicie konsole ;)

'To nowy stan skupienia materii, który został przewidziany ale dotąd niezaobserwowany', rzecze dr Johannes Knolle z Laboratorium Cavendisha w Cambridge, jeden ze współautorów publikacji.

W zwykłym materiale o własnościach magnetycznych elektrony zachowują się jak małe magnesy sztabkowe. Kiedy schłodzi się materiał do odpowiednio niskiej temperatury, 'magnesiki' zachowują porządek, na przykład - wszystkie bieguny magnetyczne północne zwracają się w jednym kierunku.

Jednakże w materiale zawierającym  kwantową ciecz spinową, nawet jeśliby schłodzić ją do zera absolutnego, sztabki magnesowe nie ułożyłyby się w symetryczny wzór, tylko stworzyłyby splątaną kwantową zupę, rządzącą się prawami fluktuacji kwantowych: losowych 'eksplozji' energii, rządzących się zasadą nieoznaczoności Heisenberga.

Moi biedni Laicy, jak mi Was szkoda, że to czytacie. Broń Boże ze zrozumieniem jeszcze ;)

3. Eksperymenty na kwantowej cieczy spinowej.

Do tej pory nie wiadomo było, jak wyglądałyby eksperymenty na kwantowej cieczy spinowej.

Jakie pozostawiłaby 'odciski palców' (coś w rodzaju śladu na ekranie testowym, kiedy podda się ją bombardowaniem neutronami).

Fizycy o nazwach, to znaczy imionach, czy tam nazwiskach, kto ich tam wie - Knolle i Kovrizhin (a widzicie? brzmią jak nazwy czegoś) z Laboratorium Oak Ridge użyli technik zw. rozproszenia neutronowego, aby otrzymać dowód na frakcjonalizację elektronów w kryształach chlorku rutenu (RuCl3)
.
Oświetlano ten rutenek, chlorek, czy coś tam (jesteśmy fizykami a nie chemikami więc możemy z nich drwić) za pomocą neutronów i obserwowano wzór zmarszczek na ekranie, jaki powstał w efekcie ostrzeliwania biednego chlorku.

Zwykły magnes dałby efekt w postaci ostrych kropek, ale nikt nie wiedział, jaki wzór ukazałby się na ekranie, jeśli w grę wchodziłyby fermiony Majorany z kwantowej cieczy spinowej. To te rozdarte elektrony. A jednak...

4. Wnioski końcowe i dobranoc!

Przewidywania teorii sprzed 40 lat sprawdziły się, dostarczając dowodu na istnienie, po raz pierwszy, kwantowej cieczy spinowej i frakcjonalizacji elektronów w dwuwymiarowym materiale. To nowy kwantowy stan skupienia materii i milowy krok w dziedzinie zrozumienia tych stanów. Nigdy wcześniej nie zaobserwowany.

Pozostaje tylko pytanie. Jaki wzór pokazał się na ekranie?

To proste. Skwarki i bizony ;)

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys