Un mister vechi de un secol în fizică
Când învârți o roată de bicicletă la turație mare, simți cum pare că are voință proprie. Asta e impulsul angular – o mărime fundamentală pe care fizicienii o iau foarte în serios. În 1915, Einstein și de Haas au arătat experimental că magnetismul și mișcarea de rotație sunt legate. Dar până acum, nimeni nu a văzut direct cum circulă impulsul angular prin materia solidă, la scară atomică.
Asta s-a schimbat recent.
Lasere extrem de intense
O echipă internațională a folosit impulsuri laser în domeniul terahertz pentru a studia un cristal. Primul laser a pus atomii în mișcare circulară. Al doilea a urmărit cum se transmite această mișcare atomilor vecini. Practic, cercetătorii au urmărit în timp real cum se propagă rotația prin rețeaua cristalină.
Direcția se inversează
Lucrul neașteptat a fost inversarea sensului de rotație. Impulsul angular a trecut de la o vibrație la alta și a apărut rotindu-se în sens opus. Explicația ține de simetria materialului. În anumite cristale, rotația în sens orar și cea în sens antiorar sunt echivalente din punct de vedere matematic. Când impulsul angular trece între aceste stări, pare că și-a schimbat direcția.
1 + 1 = −1
Cercetătorii au lucrat cu seleniură de bismut. Au observat că două unități de impuls angular s-au combinat și au produs o singură rotație inversă, dar de două ori mai rapidă. Fenomenul se numește proces Umklapp și a fost observat direct pentru prima dată în cazul impulsului angular din rețeaua cristalină.
De ce contează
Pe termen lung, înțelegerea acestui mecanism ar putea ajuta la proiectarea materialelor cuantice și la controlul proceselor ultrarapide. Aplicațiile posibile includ calculatoare cuantice mai rapide sau dispozitive de memorie mai eficiente.
Dar dincolo de aplicații, rămâne ideea că legile fizicii sunt dictate de simetriile naturii. Olga Minakova, unul dintre autorii principali, a spus simplu: simetria determină regulile. Și asta e partea cea mai elegantă.
Concluzie
După mai bine de o sută de ani, fizicienii au văzut cu ochii lor cum funcționează ceva ce teoretic era cunoscut. Uneori, doar observarea directă schimbă felul în care înțelegem regulile.