Noe skjedde akkurat i kvantefysikken, og det er ganske rått

Jeg må fortelle deg om noe som akkurat skjedde i kvantefysikkens verden. Ærlig talt? Det får meg til å flippe litt.

Forskere har laget det de kaller et «fraksjonelt Fermi-hav» — og greiene her er virkelig merkelige. Altså, «lærebøkene våre trenger kanskje oppdatering»-merkelige.

Fermi-havet: Der partikler følger regler

La meg forklare dette på en måte som ikke får hjernen din til å eksplodere (forhåpentligvis).

Du husker kanskje fra naturfaget at elektroner svirrer rundt atomer i skall? Vel, på kvantenivå er ting mye mer organisert enn som så. Det finnes regler — veldig strenge regler — for hvordan visse partikler kalt «fermioner» (som inkluderer elektroner) ordner seg, spesielt når temperaturen blir ekstremt lav.

Disse partiklene stabler seg i tilgjengelige energinivåer omtrent som folk som fyller seter i en kinosal. De kan ikke alle klemme seg inn på samme plass. Denne ordnede oppbygningen ved lave temperaturer kaller fysikerne et «Fermi-hav».

Det er et vakkert, organisert system. Men her kommer det interessante.

Hva skjer når du forstyrrer systemet?

Forskerne — ledet av Hanns-Christoph Nägerls team sammen med teoretiker Alvise Bastianello — ville finne ut hva som skjer hvis du bokstavelig talt sparker dette organiserte systemet skikkelig hardt. De tok ultrakalde cesiumatomer og syklet dem gjentatte ganger mellom tilstander der de sterkt frastøtte hverandre og tilstander der de sterkt tiltrakk hverandre.

Tenk på det som å dytte gjentatte ganger til et perfekt stablet tårn av klosser. Du ville vel ikke forvente at de holder orden, eller hva?

Vel, akkurat det samme burde ha skjedd med disse kvantepartiklene. Systemet burde ha blitt kaotisk og uorganisert.

Bortsett fra... det gjorde det ikke.

Det Fraksjonelle Fermi-havet: Orden i kaoset

I stedet for å falle inn i kaos, omorganiserte atomene seg til noe helt nytt. Forskerne kaller det et «fraksjonelt Fermi-hav» fordi partiklene ser ut til å følge en modifisert versjon av de vanlige kvanteokkupasjonsreglene.

Dette er genuint overraskende. Som en av forskerne sa det: «Denne tilstanden er sterkt eksitert, men den er ikke tilfeldig. Den har en skjult orden som blir synlig i korrelasjonene.»

Det er ganske vilt, ikke sant? Systemet er energisk, presset langt bort fra det fysikerne kaller «likevekt» (basically, når ting har stabilisert seg), men likevel — under overflaten — har det en hemmelig organisasjonsstruktur.

Hvorfor dette er viktig

Her er hvorfor jeg synes dette er så spennende: vi har basically oppdaget en ny type kvantetoppførsel som eksisterende teorier ikke forutsa.

Teamet fant karakteristiske mønstre i hvordan disse partiklene korrelerer med hverandre — inkludert noe som kalles «Friedel-oscillasjoner» (bølgelignende variasjoner) — som ikke stemmer overens med det våre standardmodeller ville tilsi.

Den vanlige teorien for kvantesystemer i én dimensjon er noe som heter Tomonaga-Luttinger-væsketeori. Men dette nye fraksjonelle Fermi-havet passer ikke pent inn i den boksen.

Hva betyr dette for vitenskapen?

Ærlig talt? Dette åpner en helt ny lekeplass for fysikere.

Å kunne lage og studere eksiterte kvantetilstander samtidig som man opprettholder den skjulte ordenen gir forskere en ny måte å utforske kvantematerie på. Det er som å oppdage et nytt rom i et hus vi trodde vi hadde kartlagt ferdig.

I tillegg er det noe genuint vakkert ved at selv når du voldelig forstyrrer et kvantesystem, finner naturen en måte å påtvinge struktur. Det minner meg om at universet er langt mer merkelig og elegant enn vi ofte gir det cred for.

Forskerne selv kaller dette «en kontrollert måte å utforske kvantematerie utover de vanlige likevektsparadigmene» — som, på fagspråk, basically betyr «vi har akkurat funnet noe nytt å studere i år framover.»

Jeg kommer til å følge med på hvor dette går. Hvis du er like nørdete som meg når det gjelder sånne ting, bør du det også.

Kilde: ScienceDaily