Po léta se studenti naučili, že existují čtyři pozorovatelné stavy hmoty: pevné látky, kapaliny, plyny a plazma. Ale díky práci fyziků z University of Cambridge a Oak Ridge National Laboratory může být nutné vědecké učebnice aktualizovat zbrusu novou fází hmoty: „kvantová spinová kapalina“.
Související obsah
- Hledání nepolapitelných neutrin v Antarktidě vytváří obrovské množství dat
Po desetiletích hledání vědci odhalili první pozorovatelný důkaz nepolapitelného stavu, který byl nedávno dokumentován v přírodních materiálech. Tady jsou tři věci, které byste měli vědět o kvantové kapalině:
Není to opravdu tekutina
„Kapalina“ v „kvantové odstředivé tekutině“ je téměř nesprávným jménem. Na rozdíl od známých kapalin, jako je voda, se zde slovo ve skutečnosti týká toho, jak se elektrony chovají za určitých vzácných okolností. Všechny elektrony mají vlastnost známou jako spin a mohou se točit nahoru nebo dolů. Obecně platí, že jakmile se teplota materiálu ochladí, jeho elektrony mají tendenci se točit ve stejném směru. Avšak pro materiály v kvantovém odstředivém kapalném stavu se elektrony nikdy nesrovnají. Ve skutečnosti se stále více zhoršují, dokonce i při absolutních teplotách, hlásí Fiona MacDonaldová pro Science Alert . Je to tato chaotická, plynoucí příroda, která podněcovala fyziky k popisu stavu jako „kapaliny“.
To způsobuje, že se zdá, že se elektrony rozdělují
Každý atom ve vesmíru je složen ze tří částic: protonů, elektronů a neutronů. Zatímco fyzici zjistili, že protony a neutrony jsou složeny z ještě menších částic zvaných kvarky, doposud se ukázalo, že elektrony jsou nedělitelné. Asi před 40 lety však teoretičtí fyzici předpokládali, že za určitých okolností se elektrony určitých materiálů mohou rozdělit na kvasipartikuly zvané „Majoranské fermiony“, píše Sophie Bushwick pro Popular Science .
Nyní se elektrony ve skutečnosti nerozpadají, prostě se chovají, jako by to dělaly. Ale co je opravdu divného na Majoranových fermionech, je to, že se mohou vzájemně ovlivňovat na kvantové úrovni, jako by to byly ve skutečnosti částice. Tato podivná vlastnost je to, co dává kvantovým točivým tekutinám jejich neuspořádané vlastnosti, protože interakce mezi Majoranovými fermiony brání tomu, aby se usazovaly do řádné struktury, píše Bushwick.
Na rozdíl od toho, jak jsou molekuly vody uspořádány, protože mrzne na ledu, chlazení kvantové odstředivé kapaliny nevede ke snížení poruchy.
Kvantové spinové kapaliny by mohly pomoci vyvinout kvantové počítače
Jak výkonné moderní počítače mohou být, všechny jejich operace se scvrkávají na kódování informací jako sekvence nul a jedniček. Kvantové počítače, na druhé straně, by mohly být teoreticky mnohem silnější tím, že by kódovaly informace pomocí subatomických částic, které se mohou točit několika směry. To by mohlo umožnit kvantovým počítačům provozovat více operací najednou, což je činí exponenciálně rychlejšími než běžné počítače. Podle autorů studie by mohly být Majorana fermiony jednoho dne použity jako stavební kameny kvantových počítačů pomocí divoce se otáčejících kvazičástic k provádění nejrůznějších rychlých výpočtů. I když je to stále velmi teoretická myšlenka, možnosti pro budoucí experimenty jsou vzrušující.
