Laseri valguse ja küünte suurusega halli materjali tükid võivad pakkuda vihjeid fundamentaalsele teaduslikule mõistatusele: Milline on seos klassikalise füüsika igapäevase maailma ja varjatud kvantmaailma vahel, mis järgib täiesti erinevaid reegleid?
"Leidsime konkreetse materjali, mis asub nende kahe vahel," ütleb Johns Hopkinsi ülikooli füüsika abiprofessor Peter Armitage, kes avaldas oma töö ajakirjas Nature. Kuus Johns Hopkinsi ja Rutgersi ülikooli teadlast on töötanud topoloogilisteks isolaatoriteks nimetatavate materjalide kallal, mis suudavad juhtida elektrit nende aatomipaksul pinnal, kuid mitte sees.
Topoloogilisi isolaatoreid ennustati 1980. aastatel, need avastati esmakordselt 2007. aastal ja pärast seda on neid aktiivselt uuritud. Need materjalid koosnevad sadadest elementidest ja omavad kvantomadusi, mis ilmnevad tavaliselt ainult mikroskoopilisel tasemel, kuid jäävad siiski palja silmaga nähtavaks.
Eksperimendid, millest Science on kirjutanud, on paigutanud need materjalid eraldi mateeria olekusse, mis "näitab makroskoopilisi kvantmehaanilisi efekte", kirjutab Armitage. „Arvame kvantmehaanikat tavaliselt väikeste asjade teooriana, kuid selles süsteemis avaldub kvantmehaanika makroskoopilistes pikkusskaalades. Katsed said võimalikuks tänu minu laboris välja töötatud ainulaadsetele seadmetele."
Katsete osana löödi vismuti ja seleeni elementidest valmistatud tumehalli materjali proovid - igaüks mitu millimeetrit pikk ja erineva paksusega - löönud palja silmaga nähtamatute terahertsiste valguskiirtega. Teadlased mõõtsid peegeldunud valgust läbi materjali proovide liikudes ja leidsid aine kvantseisundi jäljendeid.
Täpsemalt, nad leidsid, et kui materjal läbis valgust, ilmnesid laine füüsikaliste konstantidega seotud omadused, mida tavaliselt mõõdetakse ainult aatomi mõõtkavas katsetes. Need omadused olid kooskõlas kvant oleku kohta tehtud ennustustega.
Need tulemused süvendavad topoloogiliste isolaatorite mõistmist ja võivad aidata kaasa ka teise valdkonna arengule, mida Armitage nimetab "moodsa füüsika keskseks teemaks". Milline on seos makroskoopilise klassikalise maailma ja mikroskoopilise kvantmaailma vahel, millest esimene voolab?
Alates 20. sajandi algusest on teadlased püüdnud mõista, kuidas üks teatud suurusest suuremaid objekte reguleeriv füüsikaliste seaduste komplekt saab eksisteerida koos teise aatomite ja subatomaatilisi skaalasid reguleerivate seaduste komplektiga. Kuidas tuleneb klassikaline mehaanika kvantmehaanikast ja kus on lävi, mis neid sfääre jagab?
Reklaamvideo:
Nendele küsimustele tuleb veel vastata, kuid topoloogilised isolaatorid võivad olla osa lahendusest.
"See on osa mõistatustest," ütleb Armitage.
ILYA KHEL
