Figyeljetek, ez most tényleg durva

Szóval, hallottátok már a legújabb quantum fizikai döbbenetet? Mert ha nem, akkor most kapaszkodjatok meg.

A kutatók létrehoztak valamit, amit "törtszámú Fermi-tengernek" hívnak — és ez a dolog olyan furcsa, hogy a tankönyveinket simán át kell majd írni.

A Fermi-tenger, avagy a részecskék szigorú rendje

Elmagyarázom, mi ez, úgy hogy az agyatok ne olvadjon szét.

Emlékeztek, suliban tanultatok, hogy az elektronok a mag körül pályákon keringenek? Nos, a kvantumvilágban ez sokkal-sokkal rendezettebb annál. Vannak szabályok — nagyon szigorú szabályok — amelyek meghatározzák, hogyan helyezkednek el bizonyos részecskék, úgynevezett fermionok (az elektronok is ide tartoznak), főleg amikor nagyon hideg van.

Ezek a részecskék úgy töltik fel az energiaszinteket, mint az emberek a színházban: soronként, szépen egymás után. Nem tudnak mind ugyanoda összetömörülni. Ezt a rendezett rendszert hívják a fizikusok Fermi-tengernek.

Gyönyörű, rendezett világ. De most jön a lényeg.

Mi történik, ha felborítjuk a rendszert?

A Hanns-Christoph Nägerl vezette kutatócsoport (Alvise Bastianello elméleti szakértővel kiegészülve) arra volt kíváncsi, mi történik, ha teljesen felborítjuk ezt a rendezett rendszert.

Fogtak ultrahideg cézium atomokat és ide-oda váltogatták őket olyan állapotok között, ahol erősen taszították egymást, és ahol erősen vonzották egymást.

Képzeljétek el, hogy valaki újra meg újra meglöki a tökéletesen felépített Legó tornyotokat. Nem várnátok, hogy rendben maradjon, ugye?

Na, pontosan ezt kellett volna tapasztalniuk a kvantumrészecskéknek is. A rendszernek káosszá kellett volna válnia.

De... nem így lett.

A törtszámú Fermi-tenger: Rend a káosz közepén

A részecskék nem káoszba fulladtak, hanem valami teljesen újba rendeződtek át. Ezt hívják törtszámú Fermi-tengernek, mert a részecskék egy módosított változatát követik a szokásos kvantumszabályoknak.

Ez most komolyan meglepő. Ahogy az egyik kutató fogalmazott: "Ez az állapot erősen gerjesztett, de nem véletlenszerű. Rejtett rendje van, ami a korrelációkban mutatkozik meg."

Hát nem lenyűgöző? A rendszer energizált, messze van az egyensúlyi állapottól (vagyis attól, amikor minden leülepszik és stabilizálódik), mégis van benne valami titkos szerkezet.

Miért fontos ez?

Azért olyan izgalmas ez, mert gyakorlatilag új típusú kvantumviselkedést fedeztünk fel, amit a jelenlegi elméletek nem jósoltak meg.

A csapat különleges mintázatokat talált a részecskék egymással való kapcsolatában — többek között Friedel-oszcillációkat (hullámszerű változásokat) —, amelyek nem illeszkednek a hagyományos keretrendszerekbe.

Az egydimenziós kvantumrendszerekkel kapcsolatos standard elméletet Tomonaga-Luttinger-folyadék elméletnek hívják. De ez az új törtszámú Fermi-tenger egyszerűen nem fér bele ebbe a skatulyába.

Mit jelent ez a tudomány számára?

Őszintén? Ez egy teljesen új játszótér a fizikusoknak.

A képesség, hogy gerjesztett kvantumállapotokat hozzanak létre és tanulmányozzanak, miközben megőrzik ezt a rejtett rendet — nos, ez új megközelítést ad a kvantumanyag kutatásához. Olyan, mintha egy már feltérképezett házban új szobát fedeznénk fel.

És van valami megkapóan szép abban, hogy amikor erőszakosan megzavarunk egy kvantumrendszert, a természet akkor is talál utat a struktúra kialakítására. Ez emlékeztet arra, hogy az univerzum sokkal furcsább és elegánsabb, mint ahogy gondolnánk.

A kutatók maguk "egy kontrollált módját nevezték meg a kvantumanyag szokásos egyensúlyi paradigmákon túli vizsgálatának" — ami tudományos nyelven azt jelenti, hogy "lesz itt min tanulmányozniuk a következő években."

Figyelemmel követem, hova fejlődik ez az egész. Ha ti is ennyire geekek vagytok, mint én, ti is tegyétek meg.

Forrás: ScienceDaily