Mi a fenét jelent az, hogy frakton?
Hadd mondjak el valamit, ami úgy hangzik, mintha egy sci-fiből lépett volna ki.
Tudod, amikor megütsz egy asztalt, és a rezgés végigszalad rajta? A fizikusok azt egyetlen "dologként" kezelik, amit fononnak hívnak. Ezeket hívják kvázirészecskéknek - nem alapvető részecskék, mint az elektron, hanem minták, amelyek rengeteg részecske együttműködéséből alakulnak ki. Olyan ez, mint a hullám: nem csak víz, mégis lehet tanulmányozni.
Most képzeld el, hogy létezik egy részecske, ami még furcsább ennél is.
A fraktonok akkor bukkannak fel, amikor bizonyos mágneses elrendeződéseket vizsgálsz kristályok belsejében. A mágneses tartományok találkozásánál jelennek meg, ott a sarkokban - mintha a ház sarkai mindig porosak lennének. De itt jön a lényeg: ezek a dolgok szinte meg se tudnak mozdulni.
Egyetlen frakton gyakorlatilag a helyéhez van ragadva. Nem ficánkolhat úgy, mint a normális részecskék. Csak úgy tud helyet változtatni, ha más fraktonok nekiütköznek - a szomszédjaival való kölcsönhatás révén. Olyan ez, mint az a barát, aki sehol nem hajlandó vezetni, de beszáll, ha előtte érte mész.
Miért kéne ez téged érdekeljen?
Futhatnál egyből a "tudományos hülyéskedés" kategória alá, de van itt valami, ami miatt a kutatók izgatottak.
Mivel a fraktonok annyira helyhez kötöttek, felhasználhatók lehetnek valamire, ami igazán fontos: kvantuminformáció tárolására.
A hagyományos számítógépek küzdenek azzal, hogy a kvantumállapotok instabilak - olyan törékenyek, hogy a legkisebb zavarás is tönkreteheti az egészet. De mi van, ha a kvantuminformációt olyan részecskékben tárolod, amelyek alapvetően nem képesek mozogni? Talán - csak talán - biztonságosabban meg lehet őrizni az információt.
Az új felfedezés
Itt válik igazán érdekessé a történet. A tudósok már régóta gyanították, hogy a fraktonok létezhetnek bizonyos anyagtípusokban, az úgynevezett kvantum-spinfolyadékokban. Ne a vízre gondolj. Inkább képzeld el úgy, hogy van egy kristály, ahol az elektronok mágneses spinjei sosem állnak be egy fix mintázatba, még ha majdnem abszolút nulla fokra hűtöd is le. Folyamatosan fluktuálnak, kvantum-hömpölyögnek, mint egy folyadékban az atomok.
A probléma az volt, hogy a fraktonokra vonatkozó korábbi előrejelzések nagyon elvont, általánosított elméleteken alapultak, amelyek nem kapcsolódtak könnyen valódi anyagokhoz.
A HZB egyik csapata most megmutatta, hogy a fraktonok realistább kvantum-szilárdtest modellekben is megjelenhetnek. Ez nagy szó, mert áthidalja a szakadékot a "a matek azt mondja, létezhet" és a "talán egyszer valódi anyagban is megtaláljuk" között.
Azért akadtak nehézségek. Ha a kvantumhatások túl erősek voltak, a fraktonok eltűntek, mint a reggeli köd. Ha túl gyengék, léteztek ugyan, de nem mutattak valódi kvantumviselkedést - lényegében kamu volt az egész.
A modell spin-kölcsönhatásainak javításával a csapat megtalálta azt a sweet spotot, ahol autentikus kvantumfraktonok létezhetnek realistikus körülmények között.
Mi következik?
A kutatók most azon dolgoznak, hogy azonosítsanak vagy létrehozzanak olyan valódi fizikai rendszereket, amelyek illeszkednek az elméleti modelljükhöz. Az egyik ígéretes irány? A Rydberg-atom szimulátorok, amelyek képesek atomokat befogni és ellenőrizni a kvantumtulajdonságaikat hihetetlen precizitással.
Ha minden jól megy, végre kísérletileg is kimutathatjuk majd ezeket a rejtélyes részecskéket - azok a részecskék, amelyek egykor tiszta elméleti furcsaságok voltak, új technológiák alapjává válhatnak.
Képzeld el, hogy kvantuminformációt tárolsz olyan részecskékben, amelyek makacsul nem akarnak sehova menni. Néha a legmozgásképtelenebb dolgok bizonyulnak a legértékesebbnek.
Forrás: ScienceDaily