Физики открыли новое агрегатное состояние материи

Открытие поможет лучше понять структуру и процессы, которые действуют во Вселенной на квантовом уровне.

Каждый день мы сталкиваемся с тремя известным агрегатными состояниями вещества – жидкое, твердое и газообразное. Но в более экстремальных условиях существуют и другие, новые агрегатные состояния материи и авторы исследования, опубликованного в журнале Nature, обнаружили одно из них, пишет ScienceAlert (перевод - «Фокус»).

Любое агрегатное состояние вещества показывает, как разные частицы могут взаимодействовать друг с другом, создавать особые структуры. Но на квантовом уровне частицы могут демонстрировать уникальное поведение и необычные способы взаимодействия.

Группа ученых открыла новое агрегатное состояние материи с помощью квантовой системы с ограничениями, которые не позволяют частицам взаимодействовать между собой обычным способом. Новое агрегатное состояние назвали хиральным состоянием бозе-жидкости.

Ученые использовали поведение электронов и объяснили, почему они являются «разочарованными» использую аналогию с игрой, в которой используются стулья и музыка. Пока играет музыка люди бегают вокруг стульев, а когда она заканчивается, то садятся на один из этих стульев. Но, на всех этих предметов мебели не хватает, и кто-то разочарованным покидает игру. Нечто подобное происходило и с электронами, которые должны были перемещаться с разными вариациями поведения в рамках эксперимента таким образом, чтобы «сесть на свободный стул».

Ученые создали квантовую систему, которая представляет собой полупроводниковый механизм с двумя слоями. В верхнем слое находилось много электронов, а в нижнем слое – много отверстий, куда электроны при обычном поведении могли переместиться. Но количество отверстий не соответствовало количеству электронов. В рамках эксперимента ученые использовали очень мощное магнитное поле, чтобы выяснить, как именно будут перемещаться электроны. И именно в это время они и обнаружили новое агрегатное состояние материи.

Ученые объясняют, что на краю каждого слоя электроны и отверстия перемещаются с одинаковой скоростью. Возникают спиральные движения, на которые могут влиять внешние магнитные пол, поскольку пути движения электронов и отверстий постепенно разделяются под влиянием более сильных магнитных полей.

В ходе эксперимента ученые также выяснили, что электроны могут иметь фиксированное направление вращения и формировать предсказуемые структуры при абсолютном нуле температуры (−273,15 градусов Цельсия). Электронам это сделать не могут помешать другие частицы или магнитные поля. Ученые считают, что такую стабильность можно применить при создании квантовых систем хранения данных.

Также ученые выяснили, что внешние частицы, которые влияют на один электрон, могут повлиять на все электроны в квантовой системе благодаря квантовой запутанности. По слова исследователей, это похоже на удар по группе бильярдных шаров, которые после этого двигаются в одном направлении.

По словам ученых, квантовые агрегатные состояния вещества намного более экзотичные, чем известные каждому три состояния материи. Но новое открытие поможет лучше понять структуру и процессы, которые действуют во Вселенной на квантовом уровне.