Και εγένετο η «κβαντική σταγόνα». Quantum Dropleton: Weird New Particle Acts Like Liquid

Τα πειράματα με λέιζερ ανέδειξαν την κβαντική σταγόνα. Physicists created the new dropleton particles with fast laswer pulses. Credit: Brad Baxley

Φυσικοί στη Γερμανία και στις ΗΠΑ ανακάλυψαν ένα νέο «εξωτικό» υποατομικό σωματίδιο, που ονόμασαν «κβαντική σταγόνα» (droplet ή dropleton).

Η σταγόνα

A Dropleton is a new kind of stable particle cluster in solids, formed inside a tiny correlation bubble (drops). This liquid-like particle droplet is created by light and its energy (horizontal direction) has quantized dependency on light intensity (vertical direction). Credit: Brad Baxley

Ερευνητές του Ινστιτούτου JILA στις ΗΠΑ και του Πανεπιστημίου του Μάρμπουργκ στη Γερμανία πραγματοποίησαν πειράματα με την εκπομπή παλμών λέιζερ. Τα πειράματα αυτά αποκάλυψαν ένα άγνωστο μέχρι σήμερα υποατομικό σωματίδιο που συμπεριφέρεται εν μέρει ως υγρό, π.χ. δημιουργούνται «ρυτίδες» σε αυτό. Επειδή το σωματίδιο μοιάζει με σταγόνα οι ερευνητές του έδωσαν την ονομασία droplet ή dropleton δηλαδή, «κβαντική σταγόνα».

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η κβαντική σταγόνα συμπεριφέρεται όπως τα λεγόμενα «ημισωματίδια» (ή οιονεί σωματίδια) που αποτελούν ένα αμάλγαμα μικρότερων σωματιδίων. Στην περίπτωση του dropleton έχουμε να κάνουμε με ένα αμάλγαμα πέντε ηλεκτρονίων και πέντε «οπών». Με τον όρο «οπή» οι επιστήμονες περιγράφουν μια θέση όπου θα μπορούσε να ανιχνευθεί ένα ηλεκτρόνιο, αλλά αυτό δεν βρίσκεται εκεί. Παρόλα αυτά η «οπή» θεωρείται ένα είδος σωματιδίου.

Η εμφάνιση… εξπρές

Η μικροσκοπική «σταγόνα» έκανε ένα φευγαλέο πέρασμα στα πειράματα των ερευνητών. Πάνω σε ημιαγωγό γαλλίου - αρσενιδίου γίνονταν εκπομπές πολύ γρήγορου λέιζερ 100 εκατ. παλμών ανά δευτερόλεπτο. Το dropleton εμφανίστηκε για μόλις 2,5 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου, αρκετά όμως στους φυσικούς για να κάνουν περαιτέρω έρευνες σχετικά με την αλληλεπίδραση του φωτός και της ύλης.

Σύμφωνα με τους ειδικούς, η ανακάλυψη μπορεί μελλοντικά να φανεί χρήσιμη στη νανοτεχνολογία, π.χ. στον φωτισμό LED ή στον σχεδιασμό νέων οπτοηλεκτρονικών συσκευών, όπως λέιζερ ημιαγωγών που χρησιμοποιούνται στα blu-ray players και στις τηλεπικοινωνίες.

Τα εξωτικά σωματίδια

An artistic rendition of a 'bound exciton' quantum state used to prepare and read out the state of the qubits. Credit: Stephanie Simmons with CC BY

Τα τελευταία χρόνια οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει διάφορα ημισωματίδια, που τους έχουν δώσει εξωτικά ονόματα (λεβιτόνια, ορμπιτόνια, εξιτόνια, ρυτιδόνια κ.α.). Σε αυτόν τον συνεχώς διευρυνόμενο κατάλογο έρχεται να προστεθεί και η κβαντική σταγόνα (ή dropleton). Το καθένα από αυτά τα σωματίδια αποτελείται από επί μέρους σωματίδια, αλλά συμπεριφέρεται μέσα σε ένα στερεό υλικό (όπως ο ημιαγωγός) σαν να είναι ένα ενιαίο θεμελιώδες υποατομικό σωματίδιο.