I årevis har studentene erfart at det er fire observerbare tilstander i saken: faste stoffer, væsker, gasser og plasma. Men takket være arbeid fra fysikere fra University of Cambridge og Oak Ridge National Laboratory, kan det hende at vitenskapelige lærebøker må oppdateres med en helt ny fase av materien: "kvantespinnvæske."
Relatert innhold
- Søket etter unnvikende nøytrinoer i Antarktis genererer enorme datamengder
Etter flere tiår med søk har forskerne avdekket det første stykke observerbare bevis for den unnvikende tilstanden, som nylig er dokumentert i Nature Materials. Her er tre ting å vite om kvantespinnvæske:
Det er egentlig ikke en væske
"Væsken" i "kvantespinnvæske" er nesten en feilnummer. I motsetning til kjente væsker som vann, refererer ordet her faktisk til hvordan elektroner oppfører seg under visse sjeldne omstendigheter. Alle elektronene har en eiendom kjent som spinn og kan enten spinne opp eller ned. Generelt, når materialets temperatur avkjøles, har det en tendens til at elektronene begynner å snurre i samme retning. For materialer i en kvantespinnvæsketilstand samsvarer imidlertid elektronene aldri. Faktisk blir de stadig mer forstyrrede, selv ved temperaturer på absolutt null, rapporterer Fiona MacDonald for Science Alert . Det er denne kaotiske, flytende naturen som ansporet fysikere til å beskrive staten som "flytende."
Det gjør at det ser ut til at elektroner deler seg fra hverandre
Hvert atom i universet er laget av tre partikler: protoner, elektroner og nøytroner. Mens fysikere har funnet ut at protoner og nøytroner er sammensatt av enda mindre partikler som kalles kvarker, er det hittil funnet at elektroner er udelelige. Imidlertid antok teoretiske fysikere for rundt 40 år siden at under visse omstendigheter kan det se ut som om elektronene i visse materialer deles i kvasipartikler kalt "Majorana fermions, " skriver Sophie Bushwick for Popular Science .
Nå brytes ikke elektronene fra hverandre, de fungerer bare som om de gjør det. Men det som virkelig er rart med Majorana fermions er at de kan samhandle med hverandre på kvantnivå som om de faktisk er partikler. Denne rare egenskapen er det som gir kvantespinnvæsker deres forstyrrede egenskaper, ettersom samspillene mellom Majorana fermions hindrer det i å sette seg ned i en ordnet struktur, skriver Bushwick.
I motsetning til hvordan molekylene av vann blir ordnet når det fryser til is, fører ikke avkjøling av kvantespinnvæsken til noen reduksjon i forstyrrelse.
Kvantespinnvæsker kan bidra til å utvikle kvantemaskiner
Så kraftige som moderne datamaskiner kan være, koker all sin virksomhet til koding av informasjon som sekvenser av nuller og en. Kvantedatamaskiner kan derimot teoretisk sett være mye kraftigere ved å kode informasjon ved hjelp av subatomære partikler som kan spinne i flere retninger. Dette kan tillate kvantemaskiner å kjøre flere operasjoner samtidig, noe som gjør dem eksponentielt raskere enn vanlige datamaskiner. I følge studiens forfattere kunne Majorana fermions en dag brukes som byggesteinene til kvantecomputere ved å bruke de vilt spinnende kvasipartiklene for å utføre alle slags raske beregninger. Selv om dette fremdeles er en veldig teoretisk idé, er mulighetene for fremtidige eksperimenter spennende.
