Физический эксперимент показывает образование нового состояния материи

Существовавшее только в качестве теоретических моделей квантовое состояние сверхпроводимости получаемое за счет спаривания электронов было подтверждено экспериментально.

Физический эксперимент показывает образование нового состояния материи

Центральный принцип сверхпроводимости состоит в том, что электроны образуют пары. Но могут ли они также объединиться в четверки? Недавние открытия показали, что это возможно, и сегодня физик из Королевского технологического института KTH опубликовал первое экспериментальное свидетельство этого четырехкратного эффекта и механизма, с помощью которого возникает такое состояние вещества.

В статье, опубликованной в журнале Nature Physics, профессор Егор Бабаев и его сотрудники представили доказательства четырехкратного увеличения фермионов в серии экспериментальных измерений на материале на основе железа, Ba1−xKxFe2As2. Результаты появились почти через 20 лет после того, как Бабаев впервые предсказал такое явление, и через восемь лет после того, как он опубликовал статью, предсказывающую, что это могло произойти в материале.  

Спаривание электронов обеспечивает квантовое состояние сверхпроводимости, состояние проводимости с нулевым сопротивлением, которое используется в сканерах МРТ и квантовых вычислениях . Это происходит внутри материала в результате связывания двух электронов, а не отталкивания друг друга, как в вакууме. Это явление было впервые описано в теории Леона Купера, Джона Бардина и Джона Шриффера, работа которых была удостоена Нобелевской премии в 1972 году.

Физический эксперимент показывает образование нового состояния материи

Источник: Vadim Grinenko, Federico Caglieris.

Сверхпроводящий материал на основе железа Ba1−xKxFe2As2 установлен для экспериментальных измерений.

Так называемые куперовские пары — это, по сути, "притягивающие противоположности". Обычно два электрона, являющиеся отрицательно заряженными субатомными частицами, сильно отталкиваются друг от друга. Но при низких температурах в кристалле они становятся слабо связанными парами, создавая устойчивый дальний порядок. Токи электронных пар больше не рассеиваются от дефектов и препятствий, и проводник может потерять все электрическое сопротивление, превратившись в новое состояние материи: сверхпроводник. Лишь в последние годы теоретическая идея четырехфермионных конденсатов получила широкое распространение. 

По словам автора работы, для возникновения состояния четырехэлектронного увеличения фермионов должно быть что-то, что предотвращает конденсацию пар и препятствует их течению без сопротивления, в то же время позволяя конденсацию четырехэлектронных композитов.

Теория Бардина-Купера-Шриффера не допускала такого поведения, поэтому, когда экспериментальный сотрудник Бабаева из Технического университета Дрездена, Вадим Гриненко, обнаружил в 2018 году первые признаки фермионного конденсата, увеличивающего в четыре раза количество фермионов, это бросило вызов многолетнему общепринятому научному соглашению. За этим последовали три года экспериментов и исследований в лабораториях нескольких учреждений, чтобы подтвердить открытие.

Авторы успешного эксперимента говорят, что ключевым среди сделанных наблюдений является то, что фермионные четверные конденсаты спонтанно нарушают симметрию относительно обращения времени. В физике симметрия обращения времени — это математическая операция замены выражения для времени на его отрицательное значение в формулах или уравнениях, чтобы они описывали событие, в котором время бежит назад или все движения меняются местами.

Если изменить направление времени, фундаментальные законы физики останутся в силе. То же самое и с типичными сверхпроводниками: если стрелка времени перевернется, типичный сверхпроводник все равно останется в том же сверхпроводящем состоянии. Однако в случае четырехфермионного конденсата, о котором идет речь в работе, обращение времени переводит его в другое состояние.

Вероятно, потребуется много лет исследований, чтобы полностью понять это состояние. Эксперименты открывают ряд новых вопросов, обнаруживая ряд других необычных свойств, связанных с его реакцией на температурные градиенты, магнитные поля и ультразвук, которые еще предстоит лучше понять.

Читайте также

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

Ученые раскрыли пользу кимчи: пробиотики, витамины и жирные кислоты

Ученые раскрыли пользу кимчи: пробиотики, витамины и жирные кислоты

Ученые предложили новый сценарий происхождения первых клеток на Земле

Ученые предложили новый сценарий происхождения первых клеток на Земле

В России появится национальная база генетической информации

В России появится национальная база генетической информации

Ученые впервые сняли движение электронов внутри молекулы во время химической реакции

Ученые впервые сняли движение электронов внутри молекулы во время химической реакции

ИИ точно прогнозирует свойства новых материалов по химической формуле

ИИ точно прогнозирует свойства новых материалов по химической формуле

ИИ создал вирусы, которых никогда не существовало в природе

ИИ создал вирусы, которых никогда не существовало в природе

Ученые заставили мозг «увидеть» то, чего не существует в реальности

Ученые заставили мозг «увидеть» то, чего не существует в реальности

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

Цифровые двойники помогут наделить вагон-термос беспрецедентными свойствами

Цифровые двойники помогут наделить вагон-термос беспрецедентными свойствами

В МАИ научили дроны видеть препятствия и думать самостоятельно

В МАИ научили дроны видеть препятствия и думать самостоятельно

Радиационный жилет AstroRad для астронавтов оказался эффективнее ожиданий во время солнечных бурь

Радиационный жилет AstroRad для астронавтов оказался эффективнее ожиданий во время солнечных бурь

NASA предложило собирать гигантские космические радары с помощью роботов

NASA предложило собирать гигантские космические радары с помощью роботов