Какво ще се случи, ако 4 електрона се обединят? Чисто ново състояние на материята

Преди близо 20 години изследователи предрекоха за път четворките електрони. Сега лабораторни експерименти показват, че те наистина съществуват и дори образуват ново състояние на материята.

Технически погледнато в случая говорим за четворни фермиони – термин, отнасящ се до типа частици, които участват, и начина, по който си взаимодействат една с друга. Сега, след като учените откриват това състояние, те ще се опитат да разберат как биха могли да го използват.

При свръхпроводимостта, при която електрическото съпротивление е нула, се нуждаем от чифт електрони (известни като купърова двойка), които да се слеят и кондензират. Нещо сходно се случва и с четирите електрона в това ново състояние.

„Вероятно ще са ни нужни доста години, за да разберем напълно това ново състояние“, казва теоретичният физик Игор Бабаев от Кралския технологичен институт в Швеция, старши изследовател в настоящото проучване. През 2004 г. именно той предрича съществуването на това състояние на материята.

За да се образува тази четворка електрони, на частиците трябва да им се попречи да образуват двойки без никакво съпротивление (както се случва при нормалната свръхпроводимост). Дълго време учените смятаха, че това е невъзможно.

Бабаев и колегите му обаче решават да използват базиран на желязото свръхпроводим материал, наречен Ba_1−xK_xFe₂As₂, който можете да видите на снимката по-горе. Минали проучвания показват, че той е способен да произведе някои доста необичайни ефекти. Те тестват електрическата проводимост на материала, както и различни други негови свойства, при най-разнообразни температури.

Експериментите показват доказателства за нарушението на Т-симетрията – физична концепция, която се характеризира с обръщането на ориентацията на посоката на времето.

„В този случай обаче обръщането на времето при четирите фермиони, които се кондензират, довежда до образуването на ново състояние“, допълва Бабаев.

Нещо повече – сливането не е между два електрона (както при свръхпроводимостта), а между отделните двойки.

Свръхпроводимостта се използва навсякъде – от квантовите компютри до ядрено-магнитния резонанс. Тепърва ни предстои да намерим приложение на това ново състояние на материята, наречено кватрична метална фаза BTRS (broken time-reversal symmetry).

Изследването е публикувано в Nature Physics.

Източник: Science Alert