Fizica cuantică tocmai a dat de ceva ce nimeni nu se aștepta

Trebuie să vă spun despre ce s-a întâmplat în fizica cuantică. Și sincer? M-a cam dat peste cap.

Cercetătorii au creat ceea ce numesc o „mare Fermi fracționară" — și este ceva cu adevărat ciudat. Genul de ciudat care face ca manualele să fie nevoite să fie actualizate.

Marina Fermi: Regulile după care se joacă particulele

Să explic cum stă treaba, fără să vă explodeze creierul (sper).

Știți din școala generală că electronii se învârt în jurul atomilor în straturi? Ei bine, la nivel cuantic, lucrurile sunt mult mai organizate de atât. Există reguli — foarte stricte — despre cum se aranjează anumite particule numite „fermioni" (printre care și electronii), mai ales când temperatura scade foarte mult.

Aceste particule se înghesuie în niveluri de energie disponibile, cam cum s-ar așeza oamenii pe scaune într-un teatru. Nu pot toate să se înghesuie în același loc. Acest aranjament ordonat la temperaturi scăzute e ce numesc fizicienii „mare Fermi".

E un sistem frumos, organizat. Dar iată unde devine interesant.

Ce se întâmplă când dai cu bocancul în sistem?

Cercetătorii — conduși de echipa lui Hanns-Christoph Nägerl, împreună cu teoreticianul Alvise Bastianello — au vrut să afle ce se întâmplă dacă lovesc puternic acest sistem ordonat. Au luat atomi de cesiu răciți aproape de zero absolut și i-au trecut ciclic prin condiții unde se respingeau puternic și condiții unde se atrăgeau puternic.

Gândiți-vă ca și cum ați lovi repetat un turn construit perfect din blocuri. Nu v-ați aștepta să rămână în ordine, nu?

Ei bine, exact asta ar fi trebuit să se întâmple cu aceste particule cuantice. Sistemul ar fi trebuit să devină haotic și dezordonat.

Doar că... nu s-a întâmplat așa.

Marina Fermi Fracționară: Ordine în Haos

În loc să cadă în haos, atomii s-au reorganizat în ceva complet nou. Cercetătorii o numesc „mare Fermi fracționară" pentru că particulele par să urmeze o versiune modificată a regulilor obișnuite de ocupare cuantică.

Asta chiar surprinde. Cum a zis unul dintre cercetători: „Această stare este puternic excitată, dar nu este aleatorie. Are o ordine ascunsă care devine vizibilă în corelațiile sale."

Este incredibil, nu? Sistemul este energizat, dus departe de ceea ce fizicienii numesc „echilibru" (practic, când lucrurile s-au stabilizat), și totuși păstrează o structură organizatorică secretă dedesubt.

De ce Contează Asta

Iată de ce mi se pare atât de interesant: am descoperit practic un nou tip de comportament cuantic pe care teoriile existente nu l-au prezis.

Echipa a găsit tipare distinctive în felul în care aceste particule se corelează între ele — inclusiv ceva numit „oscilații Friedel" (variații sub formă de unde) — care nu se potrivesc cu ceea ce cadrele noastre standard ar sugera.

Teoria obișnuită pentru sistemele cuantice unidimensionale este ceea ce se numește teoria lichidului Tomonaga-Luttinger. Dar această nouă mare Fermi fracționară nu se potrivește chiar în acea cutie.

Ce Înseamnă Asta pentru Știință?

Sincer? Deschide o întreagă zonă de joacă nouă pentru fizicieni.

Capacitatea de a crea și studia stări cuantice excitate menținând în același timp acea ordine ascunsă le oferă cercetătorilor o nouă modalitate de a explora materia cuantică. Este ca și cum ai descoperi o cameră nouă într-o casă despre care credeai că ai cartografiat-o complet.

Mai mult, există ceva cu adevărat frumos în faptul că chiar și când perturbi violent un sistem cuantic, natura găsește o cale de a impune structură. Îmi amintește că universul este mult mai straniu și mai elegant decât îi acordăm credit de obicei.

Cercetătorii înșiși numesc asta „o modalitate controlată de a explora materia cuantică dincolo de paradigmele echilibrului obișnuit" — ceea ce, în limbaj de știință, înseamnă practic „tocmai am găsit ceva nou de studiat pentru ani de acum înainte."

Voi urmări cu atenție încotro merge treaba. Dacă sunteți la fel de pasionat ca mine de astfel de lucruri, ar trebui să faceți la fel.

Sursă: ScienceDaily