Experimenty s použitím kúskov sivého materiálu laserového svetla a nechtov s veľkými nechtami môžu poskytnúť vodítko k základnej vedeckej skladačke: Aká je súvislosť medzi každodenným svetom klasickej fyziky a skrytým kvantovým svetom, ktorý dodržiava úplne odlišné pravidlá?
„Našli sme špecifický materiál, ktorý je medzi nimi,“hovorí Peter Armitage, odborný asistent fyziky na Johns Hopkins University, ktorý publikoval svoju prácu v časopise Nature. Šesť vedcov z Johns Hopkins a Rutgers University pracuje na materiáloch nazývaných topologické izolátory, ktoré môžu viesť elektrinu na ich atómovo hrubý povrch, ale nie vnútri.
Topologické izolátory boli predpovedané v osemdesiatych rokoch, prvýkrát objavené v roku 2007 a odvtedy sa aktívne študujú. Tieto materiály pozostávajúce zo stoviek prvkov môžu vykazovať kvantové vlastnosti, ktoré sa zvyčajne objavujú iba na mikroskopickej úrovni, ale stále ostávajú viditeľné voľným okom.
Experimenty, o ktorých veda písala, umiestnili tieto materiály do samostatného stavu hmoty, ktorý „vykazuje makroskopické kvantové mechanické účinky,“hovorí Armitage. „O kvantovej mechanike zvyčajne uvažujeme ako o teórii malých vecí, ale v tomto systéme sa kvantová mechanika prejavuje v mierkach makroskopickej dĺžky. Experimenty boli možné vďaka jedinečnému zariadeniu vyvinutému v mojom laboratóriu. ““
V rámci experimentov boli vzorky tmavošedého materiálu vyrobené z prvkov bizmutu a selénu - každý niekoľko milimetrov dlhých a rôznych hrúbok - zasiahnuté lúčmi terahertzov, ktoré sú voľným okom neviditeľné. Vedci merali odrazené svetlo, keď prešlo vzorkami materiálu a našli výtlačky kvantového stavu hmoty.
Konkrétne zistili, že keď svetlo prechádzalo materiálom, vlna vykazovala vlastnosti spojené s fyzikálnymi konštantami, ktoré sa obvykle merajú iba v experimentoch s atómovým meradlom. Tieto vlastnosti boli v súlade s predpoveďami pre kvantový stav.
Tieto výsledky prehlbujú porozumenie topologických izolátorov a môžu tiež prispieť k rozvoju inej oblasti, ktorú Armitage nazýva „ústrednou otázkou modernej fyziky“. Aké je spojenie medzi makroskopickým klasickým svetom a mikroskopickým kvantovým svetom, z ktorého vychádza prvý?
Od začiatku 20. storočia sa vedci snažili pochopiť, ako môže jeden súbor fyzikálnych zákonov upravujúcich objekty väčšie ako určitá veľkosť existovať spolu s iným súborom zákonov upravujúcich atómové a subatomárne stupnice. Ako sa klasická mechanika odvodzuje od kvantovej mechaniky a kde je hranica, ktorá tieto sféry delí?
Propagačné video:
Na tieto otázky je ešte potrebné odpovedať, ale topologické izolátory môžu byť súčasťou riešenia.
„Je to súčasť hádanky,“hovorí Armitage.
ILYA KHEL