Egy évszázados rejtély a fizikusok fejében
Létezik egy fizikai mennyiség, amit mindenki ismer, még ha nem is gondol bele: a perdület. Amikor egy kerék pörög, valamilyen „lendület” marad benne, amit nem lehet csak úgy megállítani. Einsteinék már 1915-ben megmutatták, hogy ez a perdület szoros kapcsolatban áll a mágnesességgel. De azt soha senki nem látta, hogyan mozog ez a perdület egy szilárd anyag atomjai között.
Most viszont sikerült.
Lézerrel kényszerítették táncba az atomokat
Német és holland kutatók ultrarövid, rendkívül erős terahertzes lézerimpulzusokkal bombáztak egy kristályt. Az első impulzus megpörgette az atomokat egy adott irányba. A második impulzussal pedig azonnal megfigyelték, mi történik a perdülettel, amikor az egyik rezgésből átkerül a másikba.
Olyan volt, mintha egy forgó korongot adnának tovább a szomszédos atomnak – csak épp a valóságban ez elektronmilliárdokon keresztül zajlik.
Megfordult az irány
A meglepetés akkor jött, amikor a perdület egyik rezgésről a másikra szállt. Ehelyett, hogy ugyanabba az irányba folytatódna, ellentétes irányba fordult. Mintha egy jobbra pörgő frizbit dobna az ember, és az balra pörögve érkezne meg.
Ennek oka a kristály szimmetriája. Bizonyos kristályokban a két forgásirány matematikailag egyenértékű. Nem változott meg a perdület – csak a kristály belső rendje miatt két „azonos” állapot létezik egyszerre. Amikor a perdület egyikből a másikba ugrik, külső szemlélő számára irányváltásnak tűnik.
1 + 1 = −1
A vizsgált anyag bizmut-szelenid volt. Itt még különösebb dolog történt: két egységnyi perdület összeadódva egyetlen, kétszer olyan gyors, de ellentétes irányú forgást hozott létre. A kutatók ezt nevezik Umklapp-folyamatnak – egy olyan jelenségnek, amit más területeken már ismertek, de perdülettel kristályrácsban még soha nem figyeltek meg.
Mire jó ez?
Egyelőre elméleti alapkutatásról van szó. De a kutatók szerint a jelenség új utakat nyithat a kvantumanyagok tervezésében és az ultragyors folyamatok irányításában. Lehet, hogy egyszer gyorsabb memóriák vagy újfajta kvantumeszközök épülnek rá.
De talán a legfontosabb mégis az, amit az egyik kutató, Olga Minakova mondott: „Lenyűgöző, ahogy a fizika törvényeit közvetlenül a természet szimmetriái határozzák meg.”
Néha ennyi elég.