Ένα αίνιγμα που βασάνιζε τους φυσικούς για πάνω από εκατό χρόνια
Όταν γυρίζεις γρήγορα τον τροχό ενός ποδηλάτου, νιώθεις ότι έχει δική του θέληση. Αυτή η «θέληση» λέγεται στροφορμή και οι φυσικοί την παίρνουν στα σοβαρά. Το 1915 ο Αϊνστάιν και ο ντε Χάας έδειξαν ότι μαγνητισμός και περιστροφή συνδέονται. Όμως κανείς δεν είχε δει ποτέ πώς περνάει η στροφορμή μέσα σε ένα στερεό υλικό, άτομο με άτομο.
Μέχρι τώρα.
Λέιζερ που κάνουν τα άτομα να χορεύουν
Ερευνητές από Γερμανία, Ολλανδία και αλλού χρησιμοποίησαν ισχυρούς παλμούς τεραχέρτζ. Έριξαν πρώτα έναν παλμό σε έναν κρύσταλλο και έβαλαν τα άτομα να περιστρέφονται κυκλικά. Με τον δεύτερο παλμό «φωτογράφισαν» πώς η περιστροφή περνάει στους γείτονες.
Η έκπληξη: η φορά αλλάζει
Καθώς η στροφορμή μεταφερόταν, άλλαζε φορά. Από δεξιόστροφη γινόταν αριστερόστροφη. Ο λόγος κρύβεται στη συμμετρία του κρυστάλλου. Σε ορισμένους κρυστάλλους, οι δύο περιστροφές είναι ισοδύναμες. Έτσι όταν η στροφορμή «πηδάει» από τη μία κατάσταση στην άλλη, φαίνεται σαν να έχει γυρίσει ανάποδα.
1 + 1 = −1
Στο υλικό που μελέτησαν (σεληνιούχο βισμούθιο) δύο μονάδες στροφορμής ενώθηκαν και δημιούργησαν μία περιστροφή αντίθετης φοράς και διπλάσιας ταχύτητας. Το φαινόμενο λέγεται διαδικασία Ούμκλαπ και παρατηρήθηκε για πρώτη φορά απευθείας στη στροφορμή του πλέγματος.
Γιατί μας νοιάζει
Η ανακάλυψη ανοίγει δρόμους για νέα κβαντικά υλικά και πιο γρήγορο έλεγχο διαδικασιών σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Ίσως οδηγήσει σε ταχύτερους κβαντικούς υπολογιστές ή σε τεχνολογίες που δεν έχουμε φανταστεί ακόμα.
Πάνω απ’ όλα όμως δείχνει πόσο κομψοί είναι οι νόμοι της φυσικής όταν τους βλέπουμε να δουλεύουν στην πράξη.