Když se točivý pohyb otočí sám proti sobě
Vezmeš kolo od kola, roztočíš ho a ono se chová, jako by mělo vlastní vůli. Fyzikové tomu říkají moment hybnosti a berou ho zatraceně vážně. Už v roce 1915 Einstein s kolegou dokázali, že magnetismus a točení spolu nějak souvisí. Jenže nikdo nikdy neviděl, jak se tenhle pohyb šíří uvnitř pevné látky od atomu k atomu.
Až teď.
Laser, který rozhýbe krystal
Vědci z Německa a Nizozemska použili extrémně silné pulzy záření v terahertzové oblasti. Tyto pulzy donutily atomy v krystalu kroužit po kruhových drahách. Pak přišel druhý pulz, který ukázal, jak se pohyb přenáší dál na sousední atomy. Všechno se dělo v reálném čase.
Směr se obrátil
Jenže tady přišlo překvapení. Když se moment hybnosti přesunul z jednoho kmitání na druhé, otočil se. To, co původně kroužilo po směru hodinových ručiček, najednou běželo proti nim. A nešlo o chybu měření.
Důvod je v samotné stavbě krystalu. V některých materiálech jsou oba směry otáčení vlastně stejné kvůli symetrii. Když se pohyb přesune mezi těmito stavy, vypadá to jako obrácení směru.
1 + 1 = −1
Vědci pracovali s teluridem vizmutu. Zjistili, že se tam dva díly momentu hybnosti spojí a vznikne jeden pohyb, který běží pozpátku a dvakrát rychleji. Říkají tomu Umklappův proces. Známe ho z jiných oblastí fyziky, ale tady ho viděli přímo u točivého pohybu atomové mřížky.
K čemu to bude?
Možná pomůže při návrhu nových kvantových materiálů. Možná urychlí vývoj pamětí nebo kvantových počítačů. Nebo přinese něco úplně jiného, co zatím neumíme ani pojmenovat.
Ale hlavně ukazuje, jak elegantně příroda využívá své vlastní symetrie. Jak říká jedna z autorek výzkumu: „Je úžasné, jak přímočaré jsou zákony fyziky, když je diktuje symetrie.“
A to je ta pravá krása vědy.