Exotický izolátor může mít klíč k klíčovému tajemství moderní fyziky

EXOTICKÝ Ahoj Sousede v Minecraftu ! Pyramida PLNÁ ZLATA !!! (Červenec 2019).

Anonim

Experimenty používající laserové světlo a kusy šedého materiálu o velikosti výstřižků nehtů mohou nabídnout stopy pro základní vědeckou hádanku: jaký je vztah mezi každodenním světem klasické fyziky a skrytou kvantovou oblastí, která se řídí zcela odlišnými pravidly?

"Našli jsme zvláštní materiál, který se táhne mezi těmito dvěma režimy, " uvedl N. Peter Armitage, profesor fyziky na Univerzitě Johns Hopkins, který vedl výzkum pro článek právě publikovaný v časopise Science. Šest vědců z Johns Hopkins a Rutgers University se zapojilo do práce na materiálech nazývaných topologické izolátory, které mohou elektřinu na svém tenkém povrchu přenášet elektřinou, ale nikoliv ve svých vnitřních prostorách.

Topologické izolátory byly předpovídány v osmdesátých letech minulého století, poprvé pozorovány v roce 2007 a od té doby byly intenzivně studovány. Vyrobené z mnoha stovek prvků, tyto materiály mají schopnost vykazovat kvantové vlastnosti, které se obvykle objevují pouze na mikroskopické úrovni, ale objevují se v materiálu viditelném pouhým okem.

Pokusy uváděné ve Vědech vytvářejí tyto materiály jako odlišný stav hmoty ", který vykazuje makroskopické kvantové mechanické účinky, " uvedl Armitage. "Obvykle si myslíme, že kvantová mechanika je teorie malých věcí, ale v tomto systému se na makroskopických délkových stupnicích objevuje kvantová mechanika. Experimenty jsou možné díky jedinečnému vybavení, které jsem vyvinul v mé laboratoři."

Ve vědeckých experimentech byly vzorky z tmavě šedé látky vyrobené z prvků bismut a selen - každý několik milimetrů dlouhý a různých tloušťek - zasaženy světlovodem "THz", které jsou neviditelné pro oko. Vědci změřili odražené světlo, když se pohybovalo přes vzorky materiálu, a našlo otisky prstů kvantového stavu hmoty.

Konkrétně zjistili, že když světlo bylo přenášeno skrze materiál, vlna otáčela specifickým množstvím, které se vztahuje k fyzikálním konstantám, které jsou obvykle jen měřitelné v experimentech na atomové úrovni. Množství odpovídá předpovědi toho, co by bylo možné v tomto kvantovém stavu.

Výsledky dodávají vědcům znalosti topologických izolátorů, ale mohou přispět k většímu předmětu, který Armitage nazývá "ústřední otázkou moderní fyziky": jaký je vztah mezi makroskopickým klasickým světem a mikroskopickým kvantovým světem, ze kterého vychází?

Vědci od počátku 20. století bojovali s otázkou, jak může společně existovat soubor fyzických zákonů řídících objekty nad určitou velikostí, vedle jiného souboru zákonů upravujících atomovou a subatomovou úroveň. Jak se objevují klasická mechanika z kvantové mechaniky a kde je práh, který rozděluje tyto oblasti?

Na tyto otázky je třeba odpovědět, ale topologické izolátory by mohly být součástí řešení.

"Je to kus hádanky, " řekl Armitage, který pracoval na experimentech spolu s Liang Wu, který byl absolventem studia Johns Hopkins při práci, Maryam Salehi z University of Rutgers vědy o materiálu a inženýrství a Nikesh Koirala, Jisoo Moon a Sean Oh z univerzitního oddělení fyziky a astronomie Rutgers University.

menu
menu