Už roky sa študenti naučili, že existujú štyri pozorovateľné stavy hmoty: tuhé látky, kvapaliny, plyny a plazma. Ale vďaka práci fyzikov z University of Cambridge a Oak Ridge National Laboratory môže byť potrebné aktualizovať vedecké učebnice úplne novou fázou hmoty: „kvantová spinová tekutina“.
Súvisiaci obsah
- Hľadanie nepolapiteľných neutrín v Antarktíde vytvára obrovské množstvo údajov
Po desaťročiach hľadania vedci odhalili prvý pozorovateľný dôkaz nepolapiteľného stavu, ktorý bol nedávno dokumentovaný v Prírodných materiáloch. Tu sú tri veci, ktoré by ste mali vedieť o kvantovej točivej tekutine:
V skutočnosti to nie je tekutina
„Kvapalina“ v „kvantovej odstreďovacej tekutine“ je takmer nesprávne pomenovanie. Na rozdiel od známych tekutín, ako je voda, tu slovo v skutočnosti odkazuje na to, ako sa elektróny správajú za určitých zriedkavých okolností. Všetky elektróny majú vlastnosť známu ako spin a môžu sa točiť buď hore alebo dole. Všeobecne platí, že ako sa teplota materiálu ochladzuje, jeho elektróny majú tendenciu začať sa točiť rovnakým smerom. Avšak pre materiály v kvantovom odstredivom tekutom stave elektróny nikdy nie sú zarovnané. Fiona MacDonaldová sa hlási pre Science Alert, dokonca aj pri teplotách absolútne nula. Je to chaotická, plynúca povaha, ktorá podnietila fyzikov, aby opísali stav ako „tekutý“.
Vyvoláva dojem, že sa elektróny rozpadajú
Každý atóm vo vesmíre je zložený z troch častíc: protónov, elektrónov a neutrónov. Zatiaľ čo fyzici zistili, že protóny a neutróny sú zložené z ešte menších častíc nazývaných kvarky, doteraz sa zistilo, že elektróny sú nedeliteľné. Asi pred 40 rokmi však teoretickí fyzici predpokladali, že za určitých okolností sa elektróny určitých materiálov môžu rozdeliť na kvasipartikuly nazývané „majoránske fermióny“, píše Sophie Bushwick pre Popular Science .
Teraz sa elektróny v skutočnosti nerozpadnú, len sa správajú, akoby to tak bolo. Čo je však naozaj divné na Majoranových fermionoch je to, že môžu navzájom interagovať na kvantovej úrovni, akoby to boli vlastne častice. Táto podivná vlastnosť je príčinou toho, že kvantové spinové tekutiny majú svoje neusporiadané vlastnosti, pretože interakcie medzi majoránskymi fóliami bránia tomu, aby sa usadili v usporiadanej štruktúre, píše Bushwick.
Na rozdiel od toho, ako sú molekuly vody usporiadané, pretože mrznú na ľade, chladenie kvantovej odstreďovacej kvapaliny nevedie k zníženiu poruchy.
Kvantové odstredivé kvapaliny by mohli pomôcť pri vývoji kvantových počítačov
Rovnako výkonné ako moderné počítače, všetky ich operácie sa scvrkávajú na kódovanie informácií ako sekvencie núl a jednotiek. Kvantové počítače by na druhej strane mohli byť teoreticky oveľa silnejšie tým, že kódujú informácie pomocou subatomárnych častíc, ktoré sa môžu točiť viacerými smermi. To by umožnilo kvantovým počítačom spustiť viac operácií súčasne, čím by sa stali exponenciálne rýchlejšie ako bežné počítače. Podľa autorov štúdie sa majoranské fermióny mohli jedného dňa použiť ako stavebné kamene kvantových počítačov pomocou divoko sa otáčajúcich kvasipartikúl na vykonávanie najrôznejších rýchlych výpočtov. Aj keď je to stále veľmi teoretická myšlienka, možnosti budúcich experimentov sú vzrušujúce.
