Тайната, която физиците не могат да разгадаят повече от сто години
Знаете ли усещането, когато завъртите колело на колело и то сякаш иска да върви в своята посока? Това е ъглов момент — една от основните величини в природата. Още през 1915 г. Айнщайн и неговият колега де Хаас доказват, че магнетизмът и въртенето са свързани. Но досега никой не е виждал как ъгловият момент се движи между атомите в твърдо тяло.
Сега това се промени.
Лазери, които карат атомите да танцуват
Учени от Германия, Нидерландия и други страни използваха много силни терахерцови лазери. Тези импулси карат атомите в кристала да вибрират по определен начин. Първият лазер върти атомите в кръг, а вторият проследява как това въртене се предава на съседните атоми.
Обратната посока
Неочакваното се случва, когато ъгловият момент преминава от една вибрация към друга. Посоката на въртене се обръща. Вместо да продължи по същия начин, той започва да се върти обратно.
Причината е в структурата на кристала. В някои материали въртенето по часовниковата стрелка и обратно са напълно равностойни заради симетрията. Когато ъгловият момент преминава между тези състояния, изглежда, че посоката се е обърнала.
1 + 1 = −1
Изследователите работят с бисмутов селенид. Там два единици ъглов момент се комбинират и дават едно въртене, но в обратна посока и два пъти по-бързо. Това явление се нарича Umklapp процес. Досега са го наблюдавали в други области на физиката, но за първи път го виждат пряко при ъгловия момент в кристалната решетка.
Защо има значение
Това откритие може да помогне при създаването на нови квантови материали и при управлението на свръхбързи процеси. В бъдеще може да доведе до по-бързи квантови компютри и нови устройства за памет.
Но най-важното е друго. Както казва една от ръководителките на проекта, Олга Минакова: „Изключително елегантно е как законите на физиката се определят от симетриите на природата.“
Понякога най-красивото в науката е просто да разбереш как работи светът.