Фізики відкрили новий агрегатний стан матерії: він ховається у квантовому світі

Щодня ми стикаємося з трьома відомими агрегатними станами речовини — рідкий, твердий і газоподібний. Але в більш екстремальних умовах існують й інші, нові агрегатні стани матерії, і автори дослідження, опублікованого в журналі Nature, виявили один із них, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Будь-який агрегатний стан речовини показує, як різні частинки можуть взаємодіяти одна з одною, створювати особливі структури. Але на квантовому рівні частинки можуть демонструвати унікальну поведінку і незвичайні способи взаємодії.

Група вчених відкрила новий агрегатний стан матерії за допомогою квантової системи з обмеженнями, що не дають змоги частинкам взаємодіяти між собою у звичайний спосіб. Новий агрегатний стан назвали хіральним станом бозе-рідини.

Науковці використали поведінку електронів і пояснили, чому вони є "розчарованими", використовуючи аналогію з грою, в якій використовуються стільці та музика. Поки грає музика люди бігають навколо стільців, а коли вона закінчується, то сідають на один із цих стільців. Але, на всіх цих предметів меблів не вистачає, і хтось розчарованим залишає гру. Щось подібне відбувалося і з електронами, які повинні були переміщатися з різними варіаціями поведінки в межах експерименту таким чином, щоб "сісти на вільний стілець".

Вчені створили квантову систему, яка являє собою напівпровідниковий механізм із двома шарами. У верхньому шарі знаходилося багато електронів, а в нижньому шарі — багато отворів, куди електрони за звичайної поведінки могли переміститися. Але кількість отворів не відповідала кількості електронів. У межах експерименту вчені використовували дуже потужне магнітне поле, щоб з'ясувати, як саме переміщатимуться електрони. І саме в цей час вони і виявили новий агрегатний стан матерії.

Науковці пояснюють, що на краю кожного шару електрони та отвори переміщуються з однаковою швидкістю. Виникають спіральні рухи, на які можуть впливати зовнішні магнітні підлоги, оскільки шляхи руху електронів і отворів поступово розділяються під впливом сильніших магнітних полів.

Під час експерименту вчені також з'ясували, що електрони можуть мати фіксований напрямок обертання і формувати передбачувані структури за абсолютного нуля температури (-273,15 градусів Цельсія). Електронам це зробити не можуть завадити інші частинки або магнітні поля. Вчені вважають, що таку стабільність можна застосувати при створенні квантових систем зберігання даних.

Також учені з'ясували, що зовнішні частинки, які впливають на один електрон, можуть вплинути на всі електрони у квантовій системі завдяки квантовій заплутаності. За слова дослідників, це схоже на удар по групі більярдних куль, які після цього рухаються в одному напрямку.

За словами вчених, квантові агрегатні стани речовини набагато екзотичніші, ніж відомі кожному три стани матерії. Але нове відкриття допоможе краще зрозуміти структуру і процеси, які діють у Всесвіті на квантовому рівні.

Як уже писав Фокус, вчені з'ясували, що чорна діра в центрі Чумацького Шляху "працює" на межі своїх можливостей. Згідно з дослідженням, надмасивна чорна діра Стрілець А* наближається до максимальної швидкості свого обертання.