Τυχαία ανακάλυψη ενός νέου κβαντικού σωματιδίου. Discovery of quantum behavior in insulators suggests possible new particle

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Princeton θεωρούν ότι βρίσκονται κοντά στην ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου στον κβαντικό κόσμο. A team led by Princeton physicists discovered a surprising quantum phenomenon in an atomically thin insulator made of tungsten ditelluride. The results suggest the formation of completely new types of quantum phases previously hidden in insulators. Image designed by Kai Fu for the Wu Lab, Princeton University

O κόσμος των σωματιδίων μπορεί να είναι συναρπαστικός εκτός από δύσκολα προσεγγίσιμος, όπως φαίνεται από τις τελευταίες εξελίξεις. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Princeton θεωρούν ότι βρίσκονται κοντά στην ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου στον κβαντικό κόσμο.

Η προσεκτική παρατήρηση των επιστημόνων του Princeton εστίασε στην εμφάνιση ιδιοτήτων που είχαν μέχρι τώρα παρατηρηθεί σε μέταλλα και σε άλλα υλικά, κάτι που έφερνε νέες προκλήσεις για την παρατήρηση του κόσμου της σωματιδιακής Φυσικής. To νέο σωματίδιο οι επιστήμονες το ονόμασαν ουδέτερο φερμιόνιο, ή αγγλιστί neutral fermion.

Όλα γίνονται με την παρατήρηση του πώς επιτρέπει ένα υλικό να περάσει ο ηλεκτρισμός από μέσα του. Τα μέταλλα είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού, ενώ άλλα υλικά είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Αυτό σημαίνει ότι στην πρώτη περίπτωση έχουμε ταχεία κίνηση των ηλεκτρονίων. Από την άλλη πλευρά, ακόμα και τα μέταλλα, όταν επηρεαστούν από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο ενδέχεται να γίνουν κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού, ένα φαινόμενο που ονομάζεται κβαντικός παλμός.

In a surprising discovery, Princeton physicists have observed an unexpected quantum behavior in an insulator made from a material called tungsten ditelluride. This phenomenon, known as quantum oscillation, is typically observed in metals rather than insulators, and its discovery offers new insights into our understanding of the quantum world. The findings also hint at the existence of an entirely new type of quantum particle. The research was done under the supervision of Prof. Sanfeng Wu (second from left), seen here in January 2020 with members of his lab, including the two co-first-authors: graduate student Guo Yu (left) and postdoctoral research associate Pengjie Wang (right). Other Princeton co-authors include graduate students Yanyu Jia (center) and Michael Onyszczak (second from right). Photo by Rick Soden

Οι ερευνητές πειραματιζόμενοι με ένα τύπο βολφραμίου, μπόρεσαν για πρώτη φορά να παρατηρήσουν μία παρόμοια συμπεριφορά σε έναν κακό αγωγό του ηλεκτρισμού, με αλλαγή κατάστασης σε κβαντικό επίπεδο που τους οδήγησε στο συμπέρασμα ότι βρίσκονται ενώπιον μίας εξαιρετικής ανακάλυψης, εκείνης ενός νέου σωματιδίου, ή εάν προτιμάτε μίας νέας κβαντικής κατάστασης της ύλης.

Είναι προφανές ότι πολλές μελέτες πρέπει να γίνουν πάνω σε αυτό, αλλά το σίγουρο είναι ότι ο μικρόκοσμος της ύλης είναι γεμάτος… καταστασιακές εκπλήξεις!

Πηγές: “Landau quantization and highly mobile fermions in an insulator,” by Pengjie Wang, Guo Yu, Yanyu Jia, Michael Onyszczak, F. Alexandre Cevallos, Shiming Lei, Sebastian Klemenz, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Robert J. Cava, Leslie M. Schoop, and Sanfeng Wu, was published Jan. 4 in the journal Nature (DOI: 10.1038/s41586-020-03084-9). - https://www.princeton.edu/news/2021/01/11/discovery-quantum-behavior-insulators-suggests-possible-new-particle - https://techblog.gr/gadgets/tychaia-anakalypsi-enos-neoy-kvantikoy-somatidioy/