Квантова спінова рідина: фізики відкрили новий стан матерії

Фізики стверджують, що знайшли доказ існування, теоретично передбаченого ще в 70-х роках минулого століття, нового стану матерії. Він має назву квантова спінова рідина. Це квантове явище було виявлено в матеріалі під назвою пірохлорцерієвий станнат. Дослідження опубліковано в журналі Nature Physics, пише Interesting Engineering.

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

Квантова спінова рідина являє собою один із магнітних станів матерій. Це квантове явище є результатом "рідкої" поведінки спінів (власних моментів імпульсів) елементарних частинок за дуже низької температури. У квантовій спіновій рідині частинки не розташовуються у фіксованому порядку.

Як передбачає теорія, спіни частинок можуть залишатися в постійно мінливих, взаємопов'язаних станах, які поводяться дивно, подібно до станів у квантовій механіці. Квантова спінова рідина має властивості, які імітують взаємодію світла і частинок у Всесвіті. Але довести цю теорію і власне відкрити існування цього стану матерії досі було дуже складно. Проте нині фізики змогли це зробити.

Електрони, згідно з квантовою механікою, мають спін, а отже поводяться схоже до крихітних стрижневих магнітів. Коли електрони взаємодіють, їхні спіни вирівнюються у прямому або протилежному напрямку. Але два види вирівнювання можуть бути порушені в деяких матеріалах, таких, як пірохлори.

Це називається магнітною фрустрацією і може призвести до умов, в яких виявляються цікаві квантові явища. Зокрема можна виявити квантову спінову рідину, кажуть фізики. Хоча в назві використовується слово рідина, це явище може проявлятися в різних станах матерії, включно з твердими тілами.

Електрони можуть утворювати квантово-механічну суперпозицію, яка призводить до схожого на рідкий зв'язок між спінами електронів, нібито спіни були занурені в рідину. На квантовому рівні електрони взаємодіють один з одним, випускають і поглинають фотони, тобто частинки світла.

Вчені використовували метод розсіювання нейтронів під час спостереження за матеріалом під назвою пірохлорцерієвий станнат і отримали дані, які допомогли підтвердити наявність квантової спінової рідини.

Досягнення вчених закладає основу для подальших відкриттів у фундаментальній і квантовій фізиці. Також воно може поглибити наше розуміння Всесвіту і того, як матерія працює в найменших масштабах.

Як уже писав Фокус, через багато років пошуків фізикам вдалося виявити дивну частинку, яка теоретично має існувати. Ця частинка має дуже незвичну властивість, адже під час спостережень здається, що вона має масу лише тоді, коли рухається в одному напрямку.

Також Фокус писав про те, що ракетний двигун на антиматерії допоможе долетіти до найближчих зірок за кілька днів. Вчені визначили дві конкретні реакції взаємодії антиматерії та звичайної матерії, які допоможуть зробити міжзоряні перельоти реальністю.