Странная загадка, которая мучила физиков больше ста лет
Помните, как крутишь велосипедное колесо и чувствуешь — оно как будто живёт своей жизнью? Это работает угловой момент. В 1915 году Эйнштейн с коллегой показали: магнетизм и вращение связаны. Но увидеть, как этот момент передаётся между атомами в кристалле, так и не удавалось.
Пока не взялись за дело учёные из Германии и Нидерландов.
Лазеры, которые заставляют атомы танцевать
Они взяли сверхмощные импульсы терагерцового излучения. Один импульс раскручивал атомы по кругу. Второй — сразу фиксировал, куда и как уходит это вращение.
Получилось как будто подсветить момент передачи углового момента от одного атома к другому.
Когда по часовой превращается в против часовой
И тут началось странное. Угловой момент не просто передавался — он менял направление. По часовой превращался в против часовой.
Причина в симметрии кристалла. В некоторых материалах вращение «по часовой» и «против» — это одно и то же состояние, просто записанное по-разному. Поэтому при переходе момент как бы разворачивается.
1 + 1 = −1
В висмут-селениде учёные увидели ещё более дикий эффект. Два «порции» момента складывались и давали один, но вращающийся в обратную сторону и в два раза быстрее.
Это Umklapp-процесс. Раньше его видели в других явлениях. А вот чтобы он работал именно с угловым моментом решётки — впервые.
Зачем это нужно
Пока что это фундаментальная физика. Но понимание таких процессов может помочь в будущем управлять квантовыми материалами, создавать быстрые переключатели и новые типы памяти.
А ещё это просто красиво. Как говорит одна из участниц исследования, законы физики напрямую заданы симметриями природы. И когда это видишь вживую — выглядит почти как поэзия.