I årevis har studerende lært, at der er fire observerbare tilstande: stof, væsker, gasser og plasma. Men takket være arbejde fra fysikere fra University of Cambridge og Oak Ridge National Laboratory kan det være nødvendigt, at videnskabets lærebøger opdateres med en helt ny fase af materien: "kvantespindvæske."
Relateret indhold
- Søgningen efter undvigende neutrinoer i Antarktis genererer enorme datamængder
Efter årtier med søgning har forskerne afsløret det første stykke observerbare beviser for den undvigende tilstand, der for nylig er dokumenteret i Nature Materials. Her er tre ting at vide om kvantespindvæske:
Det er ikke rigtig en væske
"Væsken" i "kvantespinsvæske" er næsten en fejlnummer. I modsætning til kendte væsker som vand, refererer ordet faktisk til, hvordan elektroner opfører sig under visse sjældne omstændigheder. Alle elektroner har en egenskab kaldet spin og kan enten dreje op eller ned. Generelt når materialets temperatur afkøles, har dets elektroner en tendens til at begynde at dreje i samme retning. For materialer i en kvantespindvæsketilstand justeres elektronerne imidlertid aldrig. Faktisk bliver de i stigende grad forstyrrede, selv ved temperaturer på absolut nul, rapporterer Fiona MacDonald for Science Alert . Det er denne kaotiske, flydende natur, der ansporer fysikere til at beskrive staten som "væske."
Det får elektroner til at synes at splitte fra hinanden
Hvert atom i universet er lavet af tre partikler: protoner, elektroner og neutroner. Mens fysikere har fundet, at protoner og neutroner er sammensat af endnu mindre partikler kaldet kvarker, har elektroner hidtil vist sig at være udelelige. For ca. 40 år siden antog teoretiske fysikere, at under visse omstændigheder kan det se ud til, at elektronerne i bestemte materialer kan opdeles i kvasipartikler kaldet ”Majorana fermions”, skriver Sophie Bushwick for Popular Science .
Nu bryder elektronerne faktisk ikke fra hinanden, de fungerer bare som om de gør. Men hvad der virkelig er underligt ved Majorana fermions er, at de kan interagere med hinanden på kvante niveau, som om de faktisk er partikler. Denne ulige egenskab er det, der giver kvante spinvæsker deres forstyrrede egenskaber, da interaktionerne mellem Majorana fermions forhindrer det i at slå sig ned i en ordnet struktur, skriver Bushwick.
I modsætning til hvordan molekylerne af vand bliver ordnet, når det fryser til is, fører køling af den kvante spinvæske ikke til nogen reduktion i forstyrrelse.
Quantum spin væsker kan hjælpe med at udvikle kvante computere
Så magtfulde som moderne computere kan være, koger alle deres operationer ned til kodning af information som sekvenser af nuller og dem. Kvantecomputere kan på den anden side teoretisk være langt mere kraftfulde ved at kode information ved hjælp af subatomære partikler, der kan rotere i flere retninger. Det kunne give kvantecomputere mulighed for at køre flere operationer på samme tid, hvilket gør dem eksponentielt hurtigere end normale computere. Ifølge undersøgelsens forfattere kunne Majorana fermions en dag bruges som byggestenene i kvantecomputere ved at bruge de vildt roterende kvasipartikler til at udføre alle mulige hurtige beregninger. Selvom dette stadig er en meget teoretisk idé, er mulighederne for fremtidige eksperimenter spændende.
