New Bizarre State Of Matter Lijkt Fundamentele Deeltjes Te Splitsen

{h1}

Een nieuwe toestand van materie die in een lab is gecreëerd, lijkt fundamentele deeltjes in delen te splitsen, suggereert nieuw onderzoek.

Er is een bizarre nieuwe staat van materie ontdekt - een waarin elektronen die meestal ondeelbaar lijken uiteen te vallen.

De nieuwe toestand van de materie, die was voorspeld maar nooit eerder in het echte leven was waargenomen, vormt zich wanneer de elektronen in een exotisch materiaal een soort 'kwantumdans' binnengaan, waarin de spins van de elektronen op een bepaalde manier op elkaar inwerken, zei Arnab Banerjee, een natuurkundige in Oak Ridge National Laboratory in Tennessee.

De bevindingen zouden de weg kunnen banen voor betere kwantumcomputers, zei Banerjee. [Wacky Physics: de coolste kleine deeltjes in de natuur]

De dans van spins

Terwijl de meeste mensen alleen de drie gewone toestanden van materie in het dagelijks leven tegenkomen - vast, vloeibaar en gas - onder speciale omstandigheden, kunnen er meer exotische toestanden van materie ontstaan.

Ongeveer 40 jaar geleden stelden natuurkundigen bijvoorbeeld het bestaan ​​van een materiestaat voor, een quantum spin-vloeistof, waarin elektronen interageren om bizarre effecten te creëren. Elektronen hebben een intrinsieke eigenschap die spin wordt genoemd, wat betekent dat ze zich gedragen als minuscule staafmagneten die zich in de ene of de andere richting oriënteren. Als al deze kleine magneten in één richting uitlijnen, wordt een materiaal ferromagnetisch genoemd. Een materiaal met afwisselende spins is anti-ferromagnetisch en een materiaal met ongeordende spins zonder interactie is paramagnetisch.

Omdat de meeste materialen afkoelen, neigen deze tienerbalkmagneten uit te lijnen. Maar in een kwantum spinvloeistof, "praten" de kleine staafmagneten met elkaar, dus ze beïnvloeden de manier waarop de anderen draaien, maar blijven in wanorde, hoe koud het materiaal ook wordt, zei Banerjee.

Een kwantum spinvloeistof kan een vaste stof lijken, wat betekent dat het een letterlijk stuk materiaal kan zijn dat in de hand kan worden gehouden. Als je echter zou inzoomen en alleen naar de elektronen van het materiaal in de buitenste ringen van de atomen zou kijken, zouden de elektronen in het materiaal de wanordelijke interacties kenmerkend voor een vloeistof hebben, zei Banerjee.

"Ze communiceren nog steeds met elkaar, ze vormen golven en vormen rimpelingen, maar ze worden niet bij elkaar gehouden," vertelde Banerjee WordsSideKick.com.

Bijvoorbeeld, ongeveer tien jaar geleden voorspelde natuurkundige Alexei Kitaev dat een speciale vorm van kwantum spinvloeistof zou kunnen laten lijken alsof de elektronen uiteenvallen in Majorana-fermionen, lang voorspelde deeltjes die kunnen werken als hun eigen antideeltje. Als deze nieuwe materiestaat zou bestaan, zou het enkele echt bizarre effecten hebben, omdat terwijl protonen en neutronen bestaan ​​uit kleinere deeltjes die quarks worden genoemd, elektronen worden beschouwd als fundamentele deeltjes, met spin en lading die ondeelbaar zijn. [7 vreemde feiten over quarks]

Hoewel de elektronen in dit geval niet echt in kleine delen zouden breken, zouden hun spin-interacties ervoor zorgen dat ze gefragmenteerd zouden zijn, wat de reden is dat de Majorana-fermionen in deze staat van materie quasipartikels worden genoemd, zei Banerjee.

Speciaal materiaal

Banerjee en zijn collega's wilden bewijzen dat de voorspellingen van Kitaev in de echte wereld plaatsvonden. Dus keken ze naar een poeder gemaakt van een schilferachtig materiaal dat alfa-rutheniumchloride wordt genoemd. De atomen van alfa-rutheniumchloride worden uitgelijnd in tweedimensionale vellen in een honingraatpatroon. Het team gebruikte ruthenium omdat het element slechts één elektron in zijn buitenste schil heeft, wat betekent dat het materiaal meer vatbaar is voor het soort kwantumfluctuatie dat de noodzakelijke interacties tussen elektronen produceert, zei Banerjee.

Vervolgens bombardeerde het team het materiaal met neutronen, wat de spins van zijn elektronen opwond en een soort "plons" creëerde op het kwantumniveau. Vervolgens observeerden ze het patroon van de neutronen die van het materiaal stuiterden.

Gebaseerd op het patroon van verspreide neutronen, leidde het team af dat het materiaal er inderdaad voor gezorgd had dat de elektronen paren Majorana-fermionen vormden.

In het materiaal "gaat een groep elektronen in een dans", zei Banerjee. "Het is dit team van elektronen dat deze perceptie geeft dat, 'Ah! Nu, je hebt een scheiding van het elektron in kleinere deeltjes.'"

Deze bizarre rimpelingen zien er heel anders uit dan wat zou worden verwacht in een gewone quantum spin-vloeistof. Bovendien hadden de rimpelingen de karakteristieke signatuur van Majorana-fermionvorming en bestaan ​​ze zelfs bij blootstelling aan kleine temperatuurschommelingen.

"Om ze echt in een materiaal te zien, in een homp materiaal dat je in je hand kunt houden, is heel bijzonder," zei Banerjee.

Quantum computing-materiaal

Het nieuwe materiaal, dat de wetenschappers een Kitaev quantum spin-vloeistof noemden, kon uiteindelijk de weg vrijmaken voor meer robuuste kwantumcomputing, zei Banerjee.

In quantum computing, in plaats van het coderen van informatie in de klassieke bits van "0" en "1", bestaan ​​atomen of deeltjes van een materiaal in een superpositie van alle mogelijke toestanden tussen 0 en 1, wat betekent dat elk quantumbit of qubit kan verwerken veel bits tegelijkertijd, en de quantumverstrengeling van de informatie maakt het mogelijk om berekeningen onmiddellijk uit te voeren, zei Banerjee.

Maar de materialen die van oudsher worden gebruikt om qubits te produceren zijn kieskeurig en prijzig, en vereisen moeizame "oppassen" om zeker te zijn dat er absoluut geen beweging of thermische fluctuatie is en geen onvolkomenheden in de materialen, zei Banerjee.

Daarentegen, als onderzoekers qubits zouden kunnen maken die gemaakt zijn van een Kitaev spinvloeistof, zouden deze qubits robuust zijn bij hogere temperaturen en onafhankelijk van imperfecties in de materiaaleigenschappen optreden, zei hij.

Volg Tia Ghose op tjilpenen Google+. Volgen WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel op WordsSideKick.com.


Video Supplement: What is Consciousness? What is Its Purpose?.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com