Teave

Uurige materjalide eksootilist käitumist kahe hiljutise katse kaudu

Uurige materjalide eksootilist käitumist kahe hiljutise katse kaudu

Aatomi või molekuli elektronid võivad meile selle elemendi või materjali kohta öelda palju teavet. Näiteks lauasoola (naatriumkloriid) moodustavad aatomid moodustavad kuupmeetri kristalle, kuna need kaks elementi jagavad elektrone.

SEOTUD: TEADJAD LAHENDAVAD 80-AASTA VANA MÜSTEERIUMI FERROELEKTRILISTE MATERJALIDE KOHTA

Materjali eksootilised omadused

Võimalik, et materjali kõige otsitavam omadus on ülijuhtivus. Siin on ainel teatud kriitilisest temperatuurist madalamal jahutamisel elektritakistus null.

Hollandi füüsik Heike Kamerlingh Onnes avastas ülijuhtivuse elavhõbedas esmakordselt 1911. aastal.

Üldiselt langeb metalljuhi elektritakistus temperatuuri langetamisel, kuid isegi absoluutse nulli lähedal (null kelvinit, miinus459,67 kraadi Fahrenheiti,miinus273,15 kraadi Celsiuse järgi), on teatud vastupanu. Ülijuhis langeb takistus järsult nulli, kui materjal jahutatakse alla kriitilise temperatuuri.

Teoreetiliselt võib ülijuhtiva ahela kaudu kriitilisele temperatuurile jahutatud elektrivool püsida lõpmatuseni ilma toiteallikata.

Kaks katset, sama käitumine

2018. aastal uurisid kaks sõltumatut uurimisrühma elektronide käitumist kristallis, kujundades kahemõõtmelise antiferromagnetid. Need on materjalid, kus nende aatomite või molekulide magnetmomendid, mis on tavaliselt seotud nende elektronide pöörlemistega, joonduvad madalatel temperatuuridel korrapärase mustriga, naaberpöördega erinevatel alusvõrkudel, mis on suunatud vastassuunas, nii et sellel pole peaaegu ühtegi välist üldist magnetism.

Teadlased leidsid, et elektronid kollektiivselt jäljendas Higgsi bosoni magnetvälja kõikumisi. Higgsi boson on elementaarosake (osakeste standardmudelis), mis tekib Higgsi välja kvantergastusel. 1993. aasta raamatus nimetas Fermilabi endine direktor Leon Lederman teoreetilist Higgsi "Jumala osakeseks".

Väli ja osake on nimetatud Briti füüsik Peter Higgsile, kes 1964. aastal pakkus välja mehhanismi, et selgitada, miks osadel on mass. Higgsi bosoni olemasolu kinnitasid ATLASe ja CMSi koostöö CERNi suurte hadronite kokkupõrkes 2012. aastal.

Allolevas videos, mis on teadaanne Higgsi bosoni avastamisest, võib professor Higgsi näha tema silmi tupsutamas, kui ta on 48 aastat oodanud oma teooria kinnitust.

10. detsembril 2013 pälvis Peter Higgs koos François Englertiga Nobeli füüsikaauhinna Higgsi bosoni teoreetiliste ennustuste eest.

Et kutsuda elektronid käituma nagu Higgsi bosonid, pommitasid teadlased materjali neutronitega. Elektronide magnetväljad hakkasid kõikuma viisil, mis sarnanes matemaatiliselt Higgsi bosoniga.

Ühte uurimisrühma juhtis David Alan Tennant ja Tao Hong Oak Ridge'i riiklikus laboris. Teist rühma juhtis Bernhard Keimer Max Plancki tahkete osakeste uurimise instituudis.

Keimeri rühm leidis, et nende materjali käitumine sarnanes Higgsi bosoni käitumisega osakeste kiirendis, näiteks suurte hadronite kokkupõrkes. Seal laguneb Higgsi boson kiiresti teisteks osakesteks, näiteks footoniteks.

Keimeri antiferromagnetis käitusid elektronid nagu osakesed, mida nimetatakse Goldstone'i bosoniteks. Tennanti grupi loodud materjal andis Higgsi režiimi, mis ei lagune.

Kvantfaasi üleminek

Mõlema rühma eesmärk on jälgida kvantfaasi üleminekut, kus a omadused võivad dramaatiliselt muutuda. Erinevalt standardsest faasisiirdest, näiteks vee muutumisest vedelast tahkeks, toimub kvantfaasi üleminek, kui füüsikaline parameeter - näiteks magnetväli või rõhk - varieerub absoluutsel nulltemperatuuril.

Keimeri rühm loodab jälgida kvantfaasi üleminekut ja muid aine imelikke omadusi, mis on seotud Higgsi režiimiga. Ajakirjaga Quanta rääkides ütles Tennant: "Meie ajul pole kvantsüsteemide jaoks loomulikku intuitsiooni. Looduse uurimine on täis üllatusi, sest see on täis asju, mida me kunagi ette ei kujutanud."


Vaata videot: Jeremy Narby Šveits - Psycherence 2018 (Mai 2021).