Novi eksperimentalni dokaz sa Univerziteta Purdue izvijestio je o novim eksperimentalnim dokazima o kolektivnom ponašanju elektrona da bi stvorili “kvazičestice” nazvane “biloni”.

Anyon ima karakteristike koje se ne vide u drugim subatomskim česticama, uključujući pokazivanje frakcionog naboja i frakcionu statistiku koja održavaju “memoriju” njihove interakcije s drugim kvazičesticama izazivanjem kvantno-mehaničkih faznih promjena.

Postdoktorski istraživački saradnik James Nakamura, uz pomoć članova istraživačke grupe Shuang Liang i Geoffrey Gardner, otkrio je to radeći u laboratoriji profesora Michaela Manfre. Manfra je ugledni profesor fizike i astronomije, Purdueov Bill i Dee O’Brien, profesor fizike i astronomije, profesor elektrotehnike i računarskog inženjerstva i profesor inženjerstva materijala. Iako bi se ovo djelo na kraju moglo pokazati relevantnim za razvoj kvantnog računara, zasad, rekao je Manfra, to treba smatrati važnim korakom u razumijevanju fizike kvazičestica.

Istraživački rad o otkriću objavljen je u ovonedeljnom časopisu Nature Physics.

Nobelovac, teoretski fizičar Frank Wilczek, profesor fizike na MIT-u, dao je ovim kvazičesticama naziv “bilo koji” zbog njihovog neobičnog ponašanja, jer za razliku od drugih vrsta čestica, mogu usvojiti “bilo koju” kvantnu fazu kada njihova pozicije se razmjenjuju.

Prije sve većih dokaza o bilo kojem događaju 2020. godine, fizičari su kategorizirali čestice u poznatom svijetu u dvije grupe: fermioni i bozoni. Elektroni su primjer fermiona, a fotoni, koji čine svjetlost i radio valove, su bozoni. Jedna karakteristična razlika između fermiona i bozona je kako čestice djeluju kada su upletene ili upletene jedna oko druge. Fermioni odgovaraju na jedan neposredan način, a bozoni na drugi očekivani i neposredan način.

Svatko reagira kao da ima razlomljeni naboj, i što je još zanimljivije, stvara netrivijalnu promjenu faze dok se pletu jedni oko drugih. To svakome može dati vrstu “memorije” njihove interakcije.

“Anyon postoji samo kao kolektivno pobuđivanje elektrona pod posebnim okolnostima”, rekao je Manfra. “Ali oni imaju ta dokazljivo hladna svojstva, uključujući frakcijski naboj i frakcionu statistiku. Smiješno je, jer mislite:” Kako mogu imati manje naboja od elementarnog naboja elektrona? ” Ali imaju. “

Manfra je rekao da kada se razmijene bozoni ili fermioni, oni generiraju fazni faktor ili plus jedan, odnosno minus jedan.

“U slučaju našeg bilo koga, faza generirana pletenicama bila je 2π / 3,” rekao je. “To je drugačije od onoga što je ranije viđeno u prirodi.”

Anyons ovo ponašanje pokazuju samo kao kolektivnu gomilu elektrona, gdje se mnogi elektroni ponašaju kao jedan u vrlo ekstremnim i specifičnim uvjetima, pa se ne smatra da se mogu naći izolirani u prirodi, rekao je Nakamura.

“Uobičajeno u svijetu fizike razmišljamo o osnovnim česticama, poput protona i elektrona, i o svim stvarima koje čine periodni sistem”, rekao je. “Ali mi proučavamo postojanje kvazičestica koje izranjaju iz mora elektrona koji se nalaze u određenim ekstremnim uvjetima.”

Budući da ovo ponašanje ovisi o tome koliko puta se čestice pletu ili petljaju jedna oko druge, one su robusnije po svojim svojstvima od ostalih kvantnih čestica. Za ovu karakteristiku se kaže da je topološka jer ovisi o geometriji sistema i na kraju može dovesti do mnogo sofisticiranijih bilo kojih struktura koje bi se mogle koristiti za izgradnju stabilnih, topoloških kvantnih računara.

Tim je bio u stanju demonstrirati ovo ponašanje usmjeravanjem elektrona kroz specifičnu nagrušenu nanostrukturu nalik lavirintu sačinjenu od galijum arsenida i aluminijuma galijum arsenida. Ovaj uređaj, nazvan interferometar, ograničio je elektrone da se kreću u dvodimenzionalnoj putanji. Uređaj je ohlađen na stoti stepen od apsolutne nule (10 millikelvina) i izložen snažnom magnetnom polju od 9 Tesla. Električni otpor interferometra stvorio je smetnju koju su istraživači nazvali “parcelom pidžame”. Skokovi u obrascu smetnji bili su znak prisustva bilo koga.

“To je definitivno jedna od složenijih i složenijih stvari koje treba uraditi u eksperimentalnoj fizici”, rekao je Chetan Nayak, teorijski fizičar sa Kalifornijskog univerziteta u Santa Barbari za Science News.

Nakamura je rekao da su objekti u Purdueu stvorili okruženje za ovo otkriće.

“Imamo tehnologiju za uzgajanje poluprovodnika galijum arsenida koja je potrebna za realizaciju našeg elektronskog sistema. U nanotehnološkom centru Birck imamo uređaje za nanoizradu kako bismo napravili interferometar, uređaj koji smo koristili u eksperimentima. Na odjelu za fiziku imamo sposobnost mjerenja ultra niskih temperatura i stvaranja jakih magnetskih polja. ” on je rekao. “Dakle, imamo sve potrebne komponente koje su nam omogućile da ovo otkriće napravimo ovdje u Purdueu. To je sjajna stvar u istraživanju ovdje i zašto smo uspjeli napredovati.”

Manfra je rekao da će sljedeći korak na granici kvazičestica uključivati izgradnju složenijih interferometara.

“U novim interferometrima imat ćemo mogućnost upravljanja lokacijom i brojem kvazičestica u komori,” rekao je. “Tada ćemo moći promijeniti broj kvazičestica unutar interferometra na zahtjev i promijeniti obrazac smetnji kako mi odaberemo.”

Izvor: https://phys.org/news/2020-09-evidence-quantum-world-stranger-thought.html