Cercetătorii au descoperit recent dovezi privind existenţa unei noi stări a materiei. Noua stare este cunoscută sub numele de „lichid cuantic de centrifugare” şi aceasta se caracterizează prin transformarea electronilor, particule elementare ale materiei, în cvasiparticule.

Lichid cuantic de centrifugareO nouă stare cuantică a materiei. Credit: Genevieve Martin/Oak Ridge National Laboratory

Oamenii de ştiinţă au prezis în urmă cu 40 de ani existența acestei stări a materiei în anumite materiale magnetice. În ciuda faptului că s-au descoperit indicii ale acesteia, cercetătorii nu au reuşit să o detecteze în natură. Recent cercetătorii au reuşit să observe această stare a materiei, inclusiv fermionii care o însoţesc, într-un material asemănător grafenului.

„Aceasta este o nouă stare cuantică a materiei care a fost prezisă, dar care nu a fost observată anterior”, a declarat cercetătorul Johannes Knolle de la University of Cambridge din Marea Britanie.

Lichidul cuantic de centrifugare reprezintă o stare de superpoziţie în care spinul electronilor este orientat în direcţii diferite. Noua stare cuantică este caracterizată de apariţia fermionilor Majorana. Aceştia sunt foarte importanţi, deoarece ei pot fi folosiţi la fabricarea computerelor cuantice.

În starea de lichid cuantic de centrifugare electronii se transformă în cvasiparticule. Acestea nu sunt particule reale, ci concepte folosite de fizicieni pentru a explica şi a descrie comportamentul cuantic al electronilor.

Într-un material magnetic obişnuit, electronii sunt ca nişte magneţi foarte mici. Atunci când materialul este răcit până la o temperatură suficient de scăzută, aceştia se ordonează şi se orientează cu toţii în aceeaşi direcţie. În starea de lichid cuantic de centrifugare electronii nu se mai aliniază din cauza fluctuaţiilor cuantice, chiar dacă materialul este răcit până la o temperatură de 0 absolut (0 K).

„Până în prezent nu ştiam cum arată starea de lichid cuantic de centrifugare. În unele cercetări anterioare chiar  m-am întrebat ce s-ar observa dacă am putea detecta această stare în urma experimentelor”, a declarat Dmitry Kovrizhin, unul dintre cercetători.

Cercetătorii au utilizat metode de împrăştiere a neutronilor pentru a găsi dovezi privind existenţa acestei stări într-un material similar grafenului. Ei au reuşit să măsoare pentru prima dată „semnătura” fermionilor Majorana, adică un anumit model specific de împrăştiere a neutronilor.

Oamenii de știință au observat un model de împrăştiere a neutronilor identic cu cel teoretic, specific stării de lichid cuantic de centrifugare. Acest lucru confirmă, pentru prima dată, existenţa acestei stări în cadrul unui material.

„Aceasta este o nouă stare cuantică a materiei”, afirma Knolle.

„Este un pas important pentru înţelegerea materiei la nivel cuantic. Am identificat o nouă stare cuantică care ne deschide noi perspective de a testa lucruri noi”, adaugă Kovrizhin.

Rezultatele cercetătorilor au fost publicate în Nature Materials.

Sursă: Science Alert