Για χρόνια, οι μαθητές έχουν μάθει ότι υπάρχουν τέσσερις παρατηρούμενες καταστάσεις της ύλης: στερεά, υγρά, αέρια και πλάσμα. Αλλά χάρη στη δουλειά φυσικών από το Πανεπιστήμιο του Cambridge και το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge, τα εγχειρίδια της επιστήμης μπορεί να χρειαστεί να ενημερωθούν με μια ολοκαίνουργια φάση της ύλης: "κβαντικό υγρό περιστροφής".
σχετικό περιεχόμενο
- Η αναζήτηση για τα ουδέτερα νετρίνα στην Ανταρκτική παράγει τεράστιους όγκους δεδομένων
Μετά από δεκαετίες έρευνας, οι ερευνητές έχουν αποκαλύψει το πρώτο κομμάτι των παρατηρήσιμων στοιχείων για την πεπατημένη κατάσταση, τεκμηριωμένη πρόσφατα στα υλικά της φύσης. Εδώ είναι τρία πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε για το κβαντικό υγρό περιστροφής:
Δεν είναι πραγματικά υγρό
Το "υγρό" στο "κβαντικό υγρό περιστροφής" είναι σχεδόν ακατάλληλο. Σε αντίθεση με γνωστά υγρά όπως το νερό, εδώ η λέξη αναφέρεται πραγματικά στο πώς συμπεριφέρονται τα ηλεκτρόνια κάτω από ορισμένες σπάνιες συνθήκες. Όλα τα ηλεκτρόνια έχουν μια ιδιότητα γνωστή ως περιστροφή και μπορούν είτε να γυρίσουν πάνω είτε κάτω. Γενικά, καθώς η θερμοκρασία του υλικού ψύχεται, τα ηλεκτρόνια του τείνουν να αρχίζουν να κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση. Ωστόσο, για τα υλικά σε υγρή κατάσταση κβαντικής περιστροφής, τα ηλεκτρόνια δεν ευθυγραμμίζονται ποτέ. Στην πραγματικότητα, γίνονται όλο και πιο διαταραγμένες, ακόμη και σε θερμοκρασίες απόλυτου μηδενός, η Fiona MacDonald αναφέρει για την επιστήμη Alert . Είναι αυτή η χαοτική, ρέουσα φύση που ώθησε τους φυσικούς να χαρακτηρίσουν την κατάσταση ως "υγρή".
Κάνει τα ηλεκτρόνια να χωρίζονται
Κάθε άτομο στο σύμπαν αποτελείται από τρία σωματίδια: πρωτόνια, ηλεκτρόνια και νετρόνια. Ενώ οι φυσικοί έχουν βρει ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από ακόμα μικρότερα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ, μέχρι στιγμής τα ηλεκτρόνια έχουν βρεθεί να είναι αδιαίρετα. Ωστόσο, περίπου 40 χρόνια πριν, οι θεωρητικοί φυσικοί υποθέτουν ότι κάτω από ορισμένες συνθήκες, τα ηλεκτρόνια ορισμένων υλικών μπορεί να φαίνονται να χωρίζονται σε κβαντικά σωματίδια που ονομάζονται "φιορίνια Majorana", γράφει η Sophie Bushwick για τη Λαϊκή Επιστήμη .
Τώρα, τα ηλεκτρόνια δεν διαλύονται στην πραγματικότητα, απλώς ενεργούν σαν να το κάνουν. Αλλά αυτό που είναι πραγματικά παράξενο για τα fermions της Majorana είναι ότι μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους στο κβαντικό επίπεδο σαν να είναι σωματίδια. Αυτή η περίεργη ιδιότητα είναι αυτό που δίνει στα κβαντικά υγρά περιδίνησης τις διαταραγμένες ιδιότητές τους, καθώς οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των φερμιών της Majorana την κρατούν από το να εγκατασταθούν σε μια ομαλή δομή, γράφει ο Bushwick.
Αντίθετα με τον τρόπο με τον οποίο τα μόρια του νερού γίνονται παραγγελθέντα καθώς παγώνουν στον πάγο, η ψύξη του κβαντικού υγρού σπινθήματος δεν οδηγεί σε οποιαδήποτε μείωση της διαταραχής.
Κβαντικά υγρά περιδινήσεως θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών
Όσο ισχυροί όσο οι σύγχρονοι υπολογιστές μπορούν να είναι, όλες οι λειτουργίες τους βράζουν κάτω από την κωδικοποίηση πληροφοριών ως ακολουθίες μηδενικών και αυτών. Οι κβαντικοί υπολογιστές, από την άλλη πλευρά, θα μπορούσαν θεωρητικά να είναι πολύ πιο ισχυροί με την κωδικοποίηση πληροφοριών χρησιμοποιώντας υποατομικά σωματίδια που μπορούν να περιστρέφονται σε πολλαπλές κατευθύνσεις. Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει στους κβαντικούς υπολογιστές να εκτελούν πολλαπλές λειτουργίες ταυτόχρονα, καθιστώντας τους εκθετικά ταχύτερους από τους κανονικούς υπολογιστές. Σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης, τα φερμιόνια της Majorara θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν μία μέρα ως δομικά στοιχεία των κβαντικών υπολογιστών, χρησιμοποιώντας τα άγρια κλώσματα quasiparticles για να εκτελέσουν όλα τα είδη των γρήγορων υπολογισμών. Ενώ αυτή είναι ακόμα μια πολύ θεωρητική ιδέα, οι δυνατότητες για μελλοντικά πειράματα είναι συναρπαστικές.
