Informacije

Istražite egzotično ponašanje materijala kroz dva nedavna eksperimenta

Istražite egzotično ponašanje materijala kroz dva nedavna eksperimenta

Elektroni u atomu ili molekulu mogu nam reći puno informacija o tom elementu ili materijalu. Na primjer, atomi koji čine kuhinjsku sol (natrijev klorid) tvore kubne kristale zbog načina na koji dva elementa dijele elektrone.

POVEZANO: ZNANSTVENICI RJEŠAVAJU 80-GODIŠNJU MISTERIJU O FEREROELEKTRIČNIM MATERIJALIMA

Egzotična svojstva materijala

Vjerovatno je najtraženije svojstvo materijala superprovodljivost. Tu supstanca ima nula električnog otpora kada se hladi ispod određene kritične temperature.

Superprovodljivost je prvi put u živi otkrio holandski fizičar Heike Kamerlingh Onnes 1911. godine.

Općenito, električni otpor metalnog vodiča opada kako se temperatura spušta, ali čak i blizu apsolutne nule (nula kelvina, oduzeti459,67 stepeni Fahrenheita,oduzeti273,15 stepeni Celzijusa), postoji određeni otpor. U superprovodniku otpor naglo pada na nulu kada se materijal ohladi ispod kritične temperature.

U teoriji, električna struja kroz petlju supravodljive žice koja se ohladi na kritičnu temperaturu može trajati neograničeno bez izvora napajanja.

Dva eksperimenta, isto ponašanje

Godine 2018. dvije neovisne istraživačke grupe ispitale su ponašanje elektrona u kristalu dizajniranjem dvodimenzionalnih antiferromagneti. To su materijali gdje se magnetski momenti njihovih atoma ili molekula, obično povezani sa spinovima njihovih elektrona, poravnavaju na niskim temperaturama u pravilnom uzorku, sa susjednim spinovima na različitim podrešenjima usmjerenim u suprotnim smjerovima, tako da ne pokazuje gotovo nikakav bruto vanjski magnetizam.

Naučnici su otkrili da su elektroni kolektivno imitirao fluktuacije magnetnog polja Higgsovog bozona. Higgsov bozon je elementarna čestica (u Standardnom modelu čestica) koja nastaje kvantnim pobuđivanjem Higgsovog polja. U knjizi iz 1993. godine, bivši direktor Fermilaba Leon Lederman nazvao je teorijskog Higgsa "Božjom česticom".

Polje i čestica su dobili ime po britanskom fizičaru Peteru Higgsu, koji je 1964. godine predložio mehanizam da objasni zašto neke čestice imaju masu. Postojanje Higgsovog bozona potvrđeno je 2012. godine saradnjom ATLAS i CMS na Velikom hadronskom sudaraču u CERN-u.

Na donjem video zapisu, koji je najava otkrića Higgsovog bozona, može se vidjeti kako mu profesor Higgs trlja oči nakon što je 48 godina čekao potvrdu svoje teorije.

10. decembra 2013, Peter Higgs, zajedno sa Françoisom Englertom, dobio je Nobelovu nagradu za fiziku za svoja teorijska predviđanja Higgsovog bozona.

Da bi potaknuli elektrone da se ponašaju poput Higgsovih bozona, istraživači su bombardirali materijal neutronima. Magnetsko polje elektrona počelo je da fluktuira na način koji je matematički sličio Higgsovom bozonu.

Jednu istraživačku grupu predvodio je David Alan Tennant i Tao Hong u nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge. Drugu grupu predvodio je Bernhard Keimer na Max Planck institutu za istraživanje čvrstog stanja.

Keimerova grupa otkrila je da je ponašanje njihovog materijala slično ponašanju Higgsovog bozona unutar akceleratora čestica, poput Velikog hadronskog sudarača. Tamo se Higgsov bozon brzo raspada u druge čestice, poput fotona.

Unutar Keimerovog antiferromagneta, elektroni su se ponašali poput čestica zvanih Goldstone bozoni. Materijal koji je stvorila Tennantova grupa proizveo je Higgsov mod koji ne propada.

Kvantna fazna tranzicija

Cilj obje grupe je uočiti kvantni fazni prijelaz, gdje se svojstva materijala mogu dramatično promijeniti. Za razliku od standardnog faznog prijelaza, poput promjene vode iz tekućine u čvrstu tvar, kvantni fazni prijelaz se događa kada se fizički parametar - poput magnetskog polja ili tlaka - mijenja na apsolutnoj nultoj temperaturi.

Keimerova grupa nada se da će primijetiti kvantni fazni prijelaz i druga čudna svojstva materije koja su povezana s Higgsovim modusom. Govoreći za magazin Quanta, Tennant je rekao, "Naš mozak nema prirodnu intuiciju za kvantne sisteme. Istraživanje prirode puno je iznenađenja jer je puno stvari koje nikada nismo zamišljali."


Pogledajte video: Breathing Fire 1991 Vatreni Dah Sa Prevodom (Oktobar 2021).