Фізики вперше виміряли квантову геометричну форму електронів: чому це важливо (фото)

Фізики змогли виміряти геометричну форму, якої набуває один електрон, коли він рухається через тверде тіло. Це досягнення відкриває абсолютно новий спосіб вивчення поведінки кристалічних твердих тіл на квантовому рівні. Дослідження було опубліковано в журналі Nature Physics, пише ScienceAlert.

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

Поведінку матерії у Всесвіті можна добре описати законами класичної фізики. Але на квантовому рівні взаємодії частинок можуть виглядати трохи дивно. Однією з фундаментальних частинок Всесвіту є електрон. З огляду на розмір, властивості та поведінку електронів їх можна набагато точніше описати на основі їхньої хвильової квантової природи.

Електрони можуть поводитися і як частинка, і як хвиля. Коли вони діють як хвиля, то утворюють хвилеподібні візерунки, які описуються за допомогою хвильових функцій. Це математичний опис, який передбачає ймовірності місця розташування електрона та інші властивості частинки в даний момент часу.

Деякі з властивостей електрона можна розглядати як свого роду геометрію, але на квантовому рівні. Квантова геометрія електронів довгий час залишалася загадкою для фізиків.

Щоб виміряти квантову геометрію електронів, вчені вирішили виміряти властивість, відому як квантовий геометричний тензор. Це фізична величина, яка кодує всю геометричну інформацію квантового стану, так само як двомірна голограма кодує інформацію про тривимірний простір. Квантовий геометричний тензор також пояснює, як стан квантової системи змінюється, коли відбувається налаштування певних параметрів, таких як магнітне поле або температура.

Фізики вперше виміряли квантовий геометричний тензор електронів у твердому тілі. До цього розуміння квантової форми електронів було можливе тільки в теорії. Розуміння квантової геометрії важливе, оскільки воно показує, як електрони рухаються, взаємодіють і впливають на властивості матеріалу, такі як провідність, магнетизм і надпровідність.

Для вимірювання квантової геометрії електрона фізики використовували фотоемісійну спектроскопію з кутовою роздільною здатністю. Цей метод полягає в бомбардуванні частинками світла, тобто фотонами, твердого матеріалу, щоб вибити електрони і виміряти їхні властивості.

Фотони були спрямовані на квантовий матеріал, відомий як метал кагоме. У цьому випадку це були кристали сплаву кобальту й олова. Дослідження показало форму і структуру енергетичних станів електронів, і те, як вони переміщаються по матеріалу і взаємодіють з його кристалічною решіткою.

За словами вчених, вони створили метод отримання абсолютно нової інформації про електрони, яку раніше неможливо було отримати. Цей метод можна використовувати для визначення квантової геометрії електронів у будь-якому квантовому матеріалі.

Фізики кажуть, що результат їхнього дослідження матиме деякі цікаві наслідки. Наприклад, квантову геометрію електронів можна використовувати для відкриття надпровідності в матеріалах, де вона зазвичай не зустрічається.

Як уже писав Фокус, цього року в Китаї буде запущено унікальний підземний детектор для виявлення так званих примарних частинок — нейтрино. Трильйони таких частинок щосекунди пролітають через тіло людини, і вони приховують у собі розгадки деяких таємниць Всесвіту.

Також Фокус писав про те, що вчені вперше змогли побачити хвильову природу атомів, що раніше вважалося неможливим.

Ще Фокус писав про те, що NASA показало, який вигляд мають пилові дияволи на Марсі. Це особливі пилові вихори, які впливають на умови на Червоній планеті.