Co to w ogóle jest frakton?
Posłuchaj, bo wprowadzę cię w świat, który brzmi jak scenariusz filmu sci-fi.
Wiesz, jak stukasz w stół i fala dźwiękowa rozchodzi się przez całą powierzchnię? Możesz ją opisać jako coś w rodzaju pojedynczej "rzeczy" — nazywamy to fononem. Naukowcy mówią na to kwazicząsteczki. To nie są fundamentalne cząstki jak elektron, ale wzorce zachowania wypływające z działania miliardów cząstek naraz. Podobnie jak fala — to nie jest woda, ale mimo to zachowuje się jak coś, co można badać.
A teraz wyobraź sobie cząstkę, która jest jeszcze dziwniejsza.
Frakton, czyli uparty nieuk
Frakton pojawia się w pewnych konfiguracjach magnetycznych wewnątrz kryształów. Możesz je znaleźć w miejscach, gdzie stykają się różne domeny magnetyczne — trochę jak zakamarki w domu, gdzie zawsze zbiera się kurz. Ale najdziksze jest to: te stworzenia praktycznie nie potrafią się ruszać.
Pojedynczy frakton jest właściwie unieruchomiony. Nie może samodzielnie przeskakiwać w inne miejsce jak zwykłe cząstki. Jedyny sposób, żeby się przemieścił, to żeby inne fraktony go "szturchnęły" — przez oddziaływanie z sąsiadami. Przypomina to znajomego, który nie chce sam prowadzić, ale chętnie złapie lift, jeśli ktoś go najpierw odbierze.
Dlaczego w ogóle powinno cię to obchodzić?
Może brzmieć jak kolejna ciekawostka ze świata fizyki kwantowej, ale jest powód, dla którego naukowcy są podekscytowani.
Ponieważ fraktony są tak bardzo "przyklejone" do swojego miejsca, mogą być przydatne w naprawdę ważnej rzeczy: przechowywaniu informacji kwantowej.
Zwykłe komputery mają ogromny problem z utrzymaniem stanów kwantowych, bo te są niezwykle delikatne. Najdrobniejsza interferencja może wszystko popsuć. Ale co, jeśli twoja informacja kwantowa byłaby zapisana w cząstkach, które z założenia nie mogą się przemieszczać? Może — tylko może — mielibyśmy wtedy bardziej stabilny sposób na jej zabezpieczenie.
Nowe odkrycie
I tutaj robi się naprawdę ciekawie. Naukowcy od jakiegoś czasu podejrzewali, że fraktony mogą istnieć w pewnych stanach materii zwanych płynami spinowymi. Nie myśl tu o wodzie z butelki. Wyobraź sobie kryształ, gdzie spiny elektronów nigdy nie ustalają się w żaden stały wzór — nawet gdy schłodzisz go do temperatury bliskiej zera bezwzględnego. Cały czas się wibrują, kwantowo kłębią jak atomy w normalnym płynie.
Problem? Wcześniejsze przewidywania opierały się na bardzo abstrakcyjnych, uogólnionych teoriach, które nie chciały się przełożyć na prawdziwe materiały.
Zespół z HZB pokazał właśnie, że fraktony mogą również wyłaniać się w bardziej realistycznych modelach kwantowych ciała stałego. To spora sprawa, bo zaczyna łączyć "matematyka mówi, że to może istnieć" z "może kiedyś znajdziemy to w prawdziwym materiale".
Dawniej naukowcy wpadali w pułapkę. Kiedy efekty kwantowe były zbyt silne, fraktony znikały jak mgła o poranku. Zbyt słabe — i niby istniały, ale bez prawdziwego zachowania kwantowego. W zasadzie udawały tylko prawdziwe fraktony.
Ulepszając sposób, w jaki ich model oddaje interakcje spinów, zespół trafił na idealny punkt, gdzie autentyczne kwantowe fraktony mogą istnieć w realistycznych warunkach.
Co dalej?
Badacze pracują teraz nad identyfikacją lub stworzeniem rzeczywistych układów fizycznych pasujących do ich modelu teoretycznego. Jednym z obiecujących kierunków są symulatory atomów rydbergowskich, które potrafią uwięzić atomy i kontrolować ich właściwości kwantowe z niesamowitą precyzją.
Jeśli wszystko pójdzie gładko, może wreszcie uda nam się wykryć te tajemnicze cząstki eksperymentalnie — stworzenia, które kiedyś były czysto teoretycznymi ciekawostkami, mogłyby stać się fundamentem dla nowych technologii.
Wyobraź sobie przechowywanie informacji kwantowej w cząstkach, które uparcie odmawiają chodzenia gdziekolwiek. Czasem najbardziej nieruchome rzeczy okazują się najcenniejsze.
Źródło: ScienceDaily