Odkryto nowy stan materii
Międzynarodowy zespół naukowy odkrył nowy stan materii. Kwantowa ciecz spinowa, której istnienie teoretycznie przewidziano przed 40 laty, to stan, w którym elektrony zostają rozbite na części.
Właśnie zarejestrowano pierwsze sygnatury takiego stanu materii, fermiony Majorany. Ich obecność odnotowano w dwuwymiarowym materiale podobnym do grafenu. Wyniki eksperymentu pasują do modelu Kitajewa, jednego z głównych modeli teoretycznych kwantowej cieczy spinowej.
Zaobserwowanie rozpadu elektronów w fizycznym materiale to przełom. Obecne tam fermiony Majorany, odkryte przed zaledwie czterema laty, można by wykorzystać do budowy komputerów kwantowych. Mamy tu do czynienia z nowym kwantowym stanem materii. Przewidywano jego istnienie, ale dotychczas go nie zaobserwowano - mówi doktor Johannes Knolle z University of Cambridge.
W typowych materiałach magnetycznych elektrony zachowują się jak miniaturowe magnesy. Gdy taki materiał schłodzimy do odpowiednio niskiej temperatury, dochodzi do samodzielnego uporządkowania się elektronów. Tymczasem w materiale zawierającym kwantową ciecz spinową do uporządkowania nie dochodzi, nawet jeśli zostanie od schłodzony do zera absolutnego. Do niedawna nawet nie wiedzieliśmy, jak będzie wyglądała sygnatura kwantowej cieczy spinowej, nie wiedzieliśmy więc, czego szukać. W czasie poprzednich eksperymentów zadawaliśmy sobie pytanie, co będzie cechą charakterystyczną kwantowej cieczy spinowej - mówi doktor Dimitri Kowriżin z Cambridge.
Knolle i Kowriżin we współpracy z fizykami z Oak Ridge National Laboratory wykorzystali techniki rozpraszania neutronów do poszukiwania dowodów na rozpad elektronów w chlorku rutenu (RuCl3). Badali właściwości magnetyczne kryształów RuCl3 oświetlając je neutronami i obserwując na specjalnym ekranie powstające w ten sposób wzorce. Wiedzieli, że zwykły materiał magnetyczny spowoduje powstanie pewnych charakterystycznych dobrze widocznych miejsc we wzorcach. Nie wiedzieli jednak, jak będą wyglądały wzorce powodowane obecnością fermionów Majorany. zaobserwowane wzorce zgadzały się z teoretycznymi przewidywaniami Knolla i jego kolegów z 2014 roku. W ten sposób zdobyto pierwszy bezpośredni dowód na istnienie kwantowej cieczy spinowej.
Komentarze (17)
Jajcenty, 5 kwietnia 2016, 14:56
Interesujące. Czy to dowodzi, że elektrony mają strukturę wewnętrzną? Pomijając fakt, że elektronów nie ma* ;P
Kiedy implementacja komercyjna? Kiedy będę mógł nalać tego do baku?* jest tylko statystyka i geometria (jeśli dobrze zrozumiałem ex nihilo)
Gość Astro, 5 kwietnia 2016, 15:31
Bardzo interesujące, a jeśli uwzględnić artykuł tłumaczony:
to raczej tak. Osobiście nie wierzę.
Nie wiem gdzie powstało przekłamanie; na wiki chłopcy już oczywiście nadążyli:
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_spin_liquid
ale nie bardzo mam czas na rozgryzanie modelu Китаева (Kitaev model – dla niewtajemniczonych
). Może Nihilo znajdzie czas (sądząc po nazwisku autora 
).
Tymczasem pozostaję spokojnie w głębokim przekonaniu, że leptony nie mają jednak dla nas struktury.
To zależy od punku widzenia: może być tylko statystyka albo tylko geometria. Może oczywiście być inaczej. ;P
Generalnie problemem nie jest "elektron", a "jest"/"nie jest", czyli trochę semantyka.
pps, 5 kwietnia 2016, 16:19
Qion, 5 kwietnia 2016, 16:54
Już prawie 10 lat temu znany wynalazca Ken Kozeka sugerował, że za pole magnetyczne w magnesach odpowiada spin elektronu, a same magnesy można wykorzystać do produkcji energii. Dokonał nawet pomiarów laboratoryjnych siły w przypadku zbliżania i oddalania dwóch magnesów neodymowych pod kątem prostym i doszedł do wniosku, że siły te wykonują różną pracę co można wykorzystać do zbudowania maszyny generującej moment obrotowy bez zasilania z zewnątrz.
http://peswiki.com/index.php/Directory:Kedron:Eden_Project:Permanent_Magnet_Energy_Gain
Już wcześniej podobne zjawiska wykorzystywał nieżyjący już japoński wynalazca silników magnetycznych do wentylatorów Kohei Minato.
thikim, 5 kwietnia 2016, 19:58
Zakładam że chodzi o rozbicie takie metamateriałowe. Czyli nic się nie rozbija ale całość zachowuje się jak cząstki ułamkowe elektronu.
glaude, 5 kwietnia 2016, 20:19
Thikim, a jakbyś to z fizyki na "nasze" przetłumaczył?
Czy mozna to tak rozumieć, ze elektron zmienia swój "stan skupienia" i np z "ciała stałego" staje się "cieczą"?
Jajcenty, 5 kwietnia 2016, 20:52
Takich konstrukcji jest na tyruro na pęczki. Ale to nie jest energia za darmo. Tak sobie myślę, że to najdroższa energia.
thikim, 5 kwietnia 2016, 21:46
Nie glaude. Zresztą trzy nasze podstawowe stany skupienia dotyczą wyłącznie struktur od atomów w górę. I każdy z tych stanów skupienia to forma występowania większych ilości materii niż jeden, dwa, kilka atomów. Są oczywiście też inne stany skupienia. Współczesna nauka zna ich chyba z kilkanaście, nie wiem dokładnie ale sporo.
Co do metamateriałów. Zależy jak ogólnie te nazwę potraktować.
Generalnie chodzi o wytworzenie ciała stałego o specyficznej strukturze np. plastra miodu (przykładowo rzucam) gdzie oddziaływania pochodzące od sąsiednich atomów, cząsteczek, struktur będzie wykazywało jakieś unikalne właściwości.
Na wiki opisano metamateriały skupiając się na takich o ujemnym współczynniku załamania, ale to może być ogólnie także inna właściwość ciała np. specyficzny ruch elektronów, czy też zachowywanie się jak by w takim materiale istniała pozorna cząstka o jakiejś masie czy ładunku.
Tu na kopalni jeśli mnie pamięć nie myli opisywano już taki przypadek.
http://kopalniawiedzy.pl/swiatlo-metamaterial-fotonika,23338
http://kopalniawiedzy.pl/prad-metamaterial-energia-beprzewodowe-przesylanie,13125
http://kopalniawiedzy.pl/elektron-metamaterial-material-termoelektryczny,16797
http://kopalniawiedzy.pl/Wielki-Wybuch-Big-Bang-Wielki-Blysk-teoria-strun-czasoprzestrzen-metamaterialy-hiperboliczne-Igor-Smolyaninov-Evgenii-Narimanov,11067
ex nihilo, 5 kwietnia 2016, 21:48
Jak już na to zwrócił uwagę pps, chodzi tu nie o "zwykłe" cząstki (te z Modelu Standardowego), a o kwazicząstki (https://pl.wikipedia.org/wiki/Kwazicz%C4%85stka), czyli struktury pól, które mają właściwości podobne do "zwykłych" cząstek elementarnych (chociaż nie tylko np. fonony itp.). Tych "elektronów", o których tu mowa, nie ma np. w atomie wodoru czy dowolnym innym. Kwaziczątki tworzą się zwykle w strukturach krystalicznych. To po prostu wygodny sposób opisu zjawisk, które tam zachodzą.
Źle mi się pisze... pogoda super, jak w środku lata, cały dzień dzisiaj zap... z likwidacją pozimowego syfu, no i ...
Mariusz Błoński, 5 kwietnia 2016, 23:30
Też mi ten rozbijany elektron nie pasował. Ale skoro Cambridge o tym pisze, a inne źródła powtarzają. Rozwiązaniem zagadki może być zależność elektron-fermion Majorany. W oryginale piszą o tym rozbitym elektronie, wskutek czego dostajemy fermiony Majorany. Ale nie mam pojęcia, o co może chodzić.
ex nihilo, 6 kwietnia 2016, 04:10
Tu są teoretyczne podstawy:
http://repository.ias.ac.in/1903/1/353.pdf
warto zwrócić uwagę na rys. 1.
Trudno tu mówić o jakimś rzeczywistym "rozbiciu" elektronów. Z pojedynczymi elektronami tego nie da się zrobić. To nie jest rozwalenie elektronu na jakieś części składowe. Chodzi o sposób oddziaływania powłok elektronowych w niektórych układach złożonych, który można opisać tak, jakby elektrony były podzielone (dokładniej chodzi tu o spiny, a nie ładunki). Czyli de facto są to kwazicząstki, wzbudzenia pola tworzonego przez jakiś zespół elektronów (jeśli za cząstkę uznamy elektron w momencie "wybicia go" np. z atomu wodoru) . Tak przynajmniej sprawę rozumiem, może błędnie.
Zresztą w ogóle może kiedyś pojęcie "cząstki" stanie się tylko pojęciem historycznym, tak jak np. cieplik. W sumie co to jest ta "cząstka"? Wyobraźnia podpowiada jakąś kulkę, coś takiego. Ale tych kulek nie ma... Jakiś fragment przestrzeni (może być różny), który ma określone właściwości (opisane liczbami kwantowymi), a może też być w takiej czy innej superpozycji... itd. "Cząstka" jest tym (sumą właściwości), co w danej chwili oddziałuje z otoczeniem jak "cząstka" ("pomiar"). A poza tą chwilą jest stanem pola. Może ten opis jest do d., a może i nie całkiem
thikim, 6 kwietnia 2016, 08:21
Opis jest dobry, ale jak się ma do rzeczywistości
glaude, 6 kwietnia 2016, 08:31
Ja ten "stan skupienia" elektronu pisałem specjalnie w cudzysłowie, bo brak mi słownictwa fachowego- ale nie o to mi chodziło. Ujmę więc inaczej. Pewne drobne subatomowe cząstki w pewnych warunkach i w pewnej swojej liczbie przejawiają własności elektronu, zaś w innych warunkach nie przejawiają. Jeśli zmniejszy się/zwiększy ich liczba w tej "chmurze" elektronu, nawet w tych samych warunkach nie będą już elektronem. Dobrze to zrozumiałem?
pogo, 4 maja 2016, 22:28
offtop przeniesiony tutaj: http://forum.kopalniawiedzy.pl/topic/26148-wolna-energia-wydzielone-z-odkryto-nowy-stan-materii/
thikim, 5 maja 2016, 15:10
Bardzo zagadkowo glaude napisałeś
To do czego nawiązujesz to cząstki wirtualne, czyli powstaje taka chmara cząstek, antycząstek - jako całość cząstek i oddziaływań ma cechy jakiejś cząstki fizycznej np. elektronu. I koniec na tym. To jest skala na razie dla nas dostępna czysto matematycznie.
A to co w artykule jest to jest taki układ cząstek fizycznych i ich oddziaływań że w jakimś fragmencie przestrzeni napotykamy niby elektron o cząstkowym ładunku. Czyli mówimy o dużo większej skali. Skali rzędu atomów i cząsteczek, rzędu nanometrów. Skali dostępnej już dla naszych urządzeń obserwacyjnych.
ex nihilo, 10 maja 2016, 03:02
Spróbujmy sobie sprawę przybliżyć w inny trochę sposób. Będzie to uproszczone, ale... Zapomnij na chwilę, że istnieje coś takiego jak "cząstka". Weźmy sobie pudełko, w którym jest próżnia. Przez cały czas powstają tam i anihilują wirtualne cząstki. Przyjmijmy, że to tylko elektrony i pozytony (antyelektrony). Jak weźmiesz średnią dla dłuższej chwili, w pudełku będziesz miał zero wirtualnych elektronów i zero wirtualnych pozytonów. Teraz złapiemy sobie na zewnątrz "prawdziwego" elektrona i buch go do pudełka. Chwilę odczekujemy. W którym miejscu w pudełku jest ten elektron? W każdym. On już sobie cholera wie ile razy anihilował z jakimiś wirtualnymi pozytonami, i teraz jest tylko nadwyżką jednego wirtualnego elektronu w wypełniającej pudełko zupie wirtualnych elektronów i pozytonów. Ale który to? Dowolny. W dowolnym miejscu pudełka mamy jakieś prawdopodobieństwo, że kiedy do pudełka wsadzimy poślinionego palucha, żeby złapać sobie elektrona, to któryś wirtualny do tego palucha się przyklei i zrobi realny cobyśmy mogli go z pudełka wyjąć.
Czyli: elektron przestał być "cząstką", a stał się stanem pola wypełniającego pudełko, wzbudzeniem tego pola (potencjałem itd.). Stan podstawowy był "zerowy", teraz mamy stan "1e-". Można sobie to tak potraktować, że całe pole wypełniające pudełko jest elektronem. Teraz możemy sobie to pole (elektron) podzielić na kawałki. Dla wygody użyję tu mojej zabawki. Traktuję cząstkę nie jako "cząstkę", a jako "prawdopodobieństwo oddziaływania". Jeśli w bardzo małej przestrzeni mamy prawdopodobieństwo oddziaływania graniczące z pewnością, to w tym miejscu mamy "cząstkę", czyli np. ten nasz elektron. Ale możemy też mieć dwa miejsca, gdzie to prawdopodobieństwo będzie po 50%, albo trzy po 33%, itd. Może takich miejsc być też np. 6. Czyli mamy elektron podzielony na 6 "kawałków" - 6 miejsc, gdzie najłatwiej go znaleźć. Ta ilość miejsc, to konfiguracja pola. Może ona zależeć np. od obecności jakichś atomów z ich powłokami elektronowymi dokoła tego wybranego kawałka przestrzeni (pudełka). Żeby taką konfigurację pola uzyskać, nie jest nawet konieczny "prawdziwy" elektron - może to być efekt wzajemnego oddziaływania powłok elektronowych atomów, które dookoła tego "pudełka" siedzą. Wtedy będzie to kwazielektron.
Tego co napisałem nie traktuj jako prawdy do wierzenia. Żaden taki model intuicyjny, słowny, nie jest do końca prawdziwy. A ten, który opisałem, w dodatku jest "mój", w tym sensie, że go sobie zmontowałem na podstawie intuicji wynikających z elektrodynamiki kwantowej Feynmana (QED), z prywatnym dodatkiem "rozkładu prawdopodobieństwa oddziaływania" (zamiast "cząstki"), co jest połączeniem modelu Schroedingera (rozmycie cząstki) z modelem Diraca (prawdopodobieństwo znalezienia cząstki) i pakietem falowym. W sumie ta zabawka (w trochę bardziej skomplikowanej formie, bo tutaj było bez funkcji falowej) sprawdza mi się całkiem nieźle, lepiej niż inne intuicje, które znam, ale to tylko wygodny (dla mnie) bajer...
W miarę dokładne, w niektórych sytuacjach bardzo dokładne, są modele matematyczne, ale to totalna abstrakcja.
pinopa, 19 czerwca 2020, 13:03
O tym, że elektrony są złożonymi strukturami, można przeczytać w art. "Istota fundamentalnych cząstek materii i oddziaływań" na http://pinopa.narod.ru/11_C3_Protoelektron.pdf. A na temat magnetyzmu oraz istoty subtelnej materii, która jest stopniowo odkrywana, więcej informacji można znaleźć w art. "Dysk Faradaya i eter" na http://pinopa.narod.ru/Dysk_Faradaya_i_eter.pdf.