فيزيائيون يكتشفون تلميحات محيرة لـ 'شكل جديد جوهريًا للمادة الكمومية'

(كاي فو لمختبر وو ، جامعة برينستون)

المعادن والعوازل هي الين واليانغ للفيزياء ، وخصائص المواد الخاصة بها تمليها بدقة حركة إلكتروناتها - يجب أن تقوم المعادن بتوصيل الإلكترونات بحرية ، بينما تبقيها العوازل في مكانها.

لذلك عندما وجد علماء فيزياء من جامعة برينستون في الولايات المتحدة شيئًا كميًا من المعادن التي ترتد داخل مركب عازل ، فقدوا من أجل تفسير.

سنحتاج إلى انتظار المزيد من الدراسات لمعرفة ما يحدث بالضبط. لكن أحد الاحتمالات المحيرة هو أن جسيمًا لم يسبق له مثيل من قبل يعمل ، وهو ما يمثل أرضية محايدة في سلوك الإلكترون. إنهم يسمونها 'محايدة فيرميون '.

جاء هذا كمفاجأة كاملة ، يقول الفيزيائي سانفينج وو من جامعة برينستون في الولايات المتحدة.

سألنا أنفسنا ما الذي يحدث هنا؟ نحن لا نفهم ذلك بشكل كامل حتى الآن.

الظاهرة في مركز الاكتشاف التذبذب الكمومي . كما يوحي المصطلح ، فإنه ينطوي على التأرجح ذهابًا وإيابًا للجسيمات المتحركة بحرية في ظل ظروف تجريبية معينة.

للحصول على مزيد من التقنية ، تحدث التذبذبات عندما يتم تبريد مادة ما إلى مستويات تسود فيها السلوكيات الكمومية بسهولة أكبر ويتم تطبيق المجال المغناطيسي وتنوعه.

يؤدي تحريك المجال المغناطيسي لأعلى ولأسفل إلى انزلاق الجسيمات المشحونة غير المربوطة ، مثل الإلكترونات ، بين نطاقات الطاقة المشار إليها بمستويات لانداو.

إنها تقنية شائعة الاستخدام لدراسة المشهد الذري الذي تشغله الإلكترونات عبر مادة ما ، وتحديداً في المواد ذات الخصائص المعدنية.

يُعتقد أن العوازل عبارة عن غلاية أخرى كاملة للأسماك. نظرًا لأن إلكتروناتهم تتبع أوامر صارمة بالبقاء في المنزل ، فإن التذبذبات الكمومية ليست شيئًا. على الأقل ، لا ينبغي أن يكونوا كذلك.

نظر الفريق إلى التنغستن ديتيلوريد ، وهو شبه معدني غريب يأخذ خصائص عازل عند الاستحمام في مجال مغناطيسي - وقد فوجئوا برؤية التذبذبات الكمية تحدث.

على الرغم من الصدمة ، لديهم بعض الأفكار حول ما يمكن أن يحدث. في حين أن الشحنة المتدفقة من شأنها أن تجعل هذا العازل موصلًا (وهو ما يمثل مفارقة) ، فإن وجود `` تدفق '' للجسيمات المحايدة من شأنه أن يتناسب مع فاتورة العازل والمذبذب الكمومي ، وهو أمر منطقي أكثر.

تتعارض نتائجنا التجريبية مع جميع النظريات الحالية القائمة على الشحن الفرميونات ، ولكن يمكن تفسيرها في وجود فرميونات محايدة الشحنة ، ' يضيف الزميل Pengjie وانغ.

المشكلة الوحيدة هي ذلك فرميونات محايدة حقًا لا ينبغي أن توجد ، وفقًا لـ النموذج القياسي فيزياء الجسيمات.

الفرميونات هي جسيمات تشبه نوعًا ما 'كتل الليغو' للمادة ، بينما النوع الآخر من الجسيمات الأساسية كذلك البوزونات - الجسيمات الحاملة للشحن.

الجسيم المحايد حقًا هو أيضًا جسيمه المضاد - وهذا شيء رأيناه في البوزونات ، لكننا لم نشهده أبدًا في الفرميونات.

لذا فإن العثور على فيرميون محايد حقًا من المحتمل أن يعيد كتابة فهمنا للفيزياء ، لكن هذا ليس ما يعتقد الباحثون أنه يحدث هنا - بدلاً من ذلك يعتقدون أن ما اكتشفوه هو أكثر منشبه جسيم محايد، وهو نوع كمي من الجسيمات الهجينة.

لفهم ما شبه جسيم هو تخيل فيزياء الجسيمات كدراسة للموسيقى.

الجسيمات الأساسية مثل الكواركات والإلكترونات هي أدوات فردية. إنها تشكل الأساس لمجموعة متنوعة من الجسيمات الأكبر ، من عصابات الصخور المكونة من ثلاث قطع مثل البروتونات أو السمفونيات مثل الذرات الكاملة.

يمكن حتى النظر إلى الفرق التي تلعب بشكل متزامن على مراحل متعارضة كحدث واحد - شبه جسيم يلعب في جميع الأغراض كحدث واحد.

يمكن للغرابة الكمية أن تشوه خصائص الإلكترونات بطرق تجعل شحنتها تتكسر عبر الفراغات. بمعنى آخر ، بعض الإلكترون أشباه الجسيمات سيحمل بعض أجزاء الإلكترون ، مثل دورانها ، ولكن ليس شحنتها ، مما يخلق بشكل فعال نسخة محايدة من نفسه.

ما هي نكهة شبه الجسيمات التي تعمل هنا بالضبط (إن وجدت) لم يتم تحديدها بعد ، لكن الباحثين يصفونها بأنها منطقة جديدة تمامًا ليس فقط في التجارب ، ولكن من الناحية النظرية.

إذا كانت تفسيراتنا صحيحة ، فإننا نشهد شكلاً جديدًا جوهريًا من المادة الكمومية ، يقول وو.

نحن الآن نتخيل عالمًا كميًا جديدًا تمامًا مخبأ في العوازل. من المحتمل أننا ببساطة فوتنا التعرف عليهم خلال العقود العديدة الماضية.

للفرميونات المحايدة دور محتمل في تحسين استقرار الأجهزة الكمومية ، لذا فإن العثور على دليل على وجودها هنا سيكون أكثر من مجرد فضول أكاديمي ، مع تطبيقات عملية واعدة.

ما زالت الأيام الأولى. لكن العديد من الاكتشافات العلمية ظهرت من تلك الكلمات الخالدة ، 'ما الذي يحدث هنا؟'

تم نشر هذا البحث في طبيعة سجية .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.