Доказаха съществуването на нова форма на материя: екзитоний (видео)

[Last roman]

Една странна форма на материя, наречена екзитоний, предсказана теоретично преди почти 50 години, е  създадена от изследователи, разказва BigThink.

От 60-те години теоретичните физици предполагат съществуването на необичаен свръхпроводящ материал, но учените успяха да докажат съществуването му с помощта на квантовата механика едва сега.

Професор Питър Абамънте (Peter Abbamonte) и неговият екип от Университета в Илинойс заедно с физици от Калифорнийския университет, Бъркли и Амстердамския университет обявиха откриването на нова форма на материя, наречена екзитоний (лат. excitonium).

Целта им беше да докажат съществуването й и да проучат свойствата на загадъчния тип материя, която теоретично бе описана и досега бе предмет на разгорещен дебат.

Работата на учените е публикувана в списание Science.

Тайните на квантовата механика. Какво е екзитоний?

Това е по-скоро екзотичен кондензат, който проявява макроскопски квантови явления на свръхпроводник или суперфлуид. Той се състои от екзитони, частици, образувани от малко вероятно сдвояване на избит електрон и дупката, оставена след него. Подобен трик на квантовомеханичния синтез е възможен благодарение на това, че електроните в полупроводниците са на границата на едно енергийно ниво на атома, способни при възбуждане да преминат на друго енергийно ниво, оставяйки след себе си дупка. Можем да си представим тази квазичастица като дупка, действаща като положително заредена частица, която се стреми да привлече електрона, избягал от нея (имащ отрицателен заряд).

^{Професорът по физика Питър Абамънте (в центъра) работи със завършилите студенти Аншул Когар (вдясно) и Минди Рак (вляво) в лабораторията за изследване на материали Фредерик Сейц. Снимка: L. Brian Stauffer, University of Illinois at Urbana-Champaign.}

Тази съставна частица или екзитон, се държи като бозон, т.е. частица с цяло число спин. 

За да се докаже съществуването на екзитоните, екипът физици експериментира с кристали, покрити с титанов диелкогенид (1T-TiSe2). Те успяват да наблюдават материала и неговия прекурсор. Фазата на прекурсора очертава, когато материалът се доближи до критичната температура.

Учените възпроизвеждат резултатите 5 пъти с различни кристали, добавяйки все по-голяма надеждност на изследването.

Досега изследванията на екзитоните бяха на теория най-вече защото учените просто нямаха подходящо техническо оборудване. Но сега въоръжени с много по-чувствителни уреди, физиците успяха да измерят за пръв път съвместното възбуждане на нискоенергийни бозонни частици (двойки електрон-дупка), колкото и слаби да са импулсите.

^{Представа на художник за група екзитони в кристал. Възбудените частици са разположени по стените на тялото (в жълто) в подредения твърд екзитонов фон (в синьо). Peter Abbamonte, University of Illinois at Urbana-Champaign Department of Physics and Frederick Seitz Materials Research Laboratory.}

Значение на откритието

В официално съобщение за пресата Абамънте заяви, че новото откритие има буквално "космическо значение".

Откакто физикът-теоретик Берт Халперин от Харвардския университет въвежда термина "екзитон" през 60-те г. много физици се опитват да докажат или опровергаят съществуването му. В края на 70-те години много експериментатори публикуваха статии, обявяващи откриването на дългоочакваното вещество, но техните констатации не бяха убедително доказани.

Сега, когато съществуването на екзитония е доказано, учените ще направят по-подробно проучване на свойствата му. Като свръхпроводник и суперфлуиден материал може да се използва за по-нататъшно подобряване на съществуващите технологии. И благодарение на това проучване нашето разбиране на физиката може би в близко бъдеще ще премине на качествено ново ниво.

 

 

http://nauka.offnews.bg/news/Fizika_14/Dokazaha-sashtestvuvaneto-na-nova-forma-na-materiia-ekzitonij-video_99301.html

 

 

 

[Exhemus]

Щом са бозони, значи могат да преминават един през друг или в една точка да съществуват ен на брой от тях?

[Малоум 2]

Ето и още едно експериментално откритие, което "връща" фантомната част на частиците в науката и на обвивките, при колективни явления:

http://megavselena.bg/izsledovateli-se-natyknaha-na-nov-tip-kvantov-material/

Изследователи се натъкнаха на нов тип квантов материал

Международен екип учени предложи метод за добиване на нов квантов материал, наречен Вейл – Кондо полуметал (Weyl-Kondo semimetal). Смята се, че материалът притежава качества, асоциирани с топологичните изолатори, тежките феритни метали и високотемпературните суперпроводници.

По изследването са работили Кимиао Си, водещият учен в разработката от Центъра за квантови материали Райс, Хсин-Хуа Лай и Сара Греф. Първоначално те разглеждали група модели, предназначени да отговорят на въпроси, свързани с високотемпературните суперпроводници и квантовата критичност. След това открили квантовия материал.

„Просто се натъкнахме на модел, при който, внезапно, наблюдавахме как масата се промени от около 1000 пъти масата на електрон до нула,“ казва Лай в прессъобщението.

Не е необичайно квантовите материли да бъдат откривани чрез експерименти. Учените все още нямат пълно разбиране за теорията, която определя тяхното поведение, така че е нормално материалът първо да бъде създаден, а след това да бъдат измервани и наблюдавани уникалните му характеристики.

Екип, воден от професор Зилке Бюлер-Пашен от Виенския Технологичен Университет се фокусира върху разработката на нови материали чрез изграждане на структури от специфични комбинации от церий, бисмут и паладий. Същевременно екипът на Си работи върху теория, като усилията и на двата тима се допълват.

Учените установили, че намаляването на масата може да се дължи на наличието на Вейл фермиони. Едва наскоро беше потвърдена възможността тези фермиони да бъдат налични в материали в твърдо агрегатно състояние. В някои отношения те приличат на квантовите материали, известни като топологични изолатори – разликата е там, че електричеството може да тече през сърцевината на материала, а не само през през повърхността му, заради фермионите.

Големият въпрос пред Си, Лай и Греф сега е колко силно корелацията на електроните може да влияе върху ситуацията. Установено е, че Вейл фермионите произхождат от механизъм във физиката известен като Кондо ефект, което е вдъхновило учените са кръстят материала Вейл-Кондо полуметал.

Ефектът Кондо (на името на японския физик Дзюн Кондо) обяснява как може да се държи група електрони при локализирано въртене в резултат на силна корелация и при фон на проводими електрони.

„Открихме, че Кондо ефектът кара Вейл фермионите да се движат със скорост, която се различава с няколко порядъка от тази в неинтегрирания случай“, обяснява Лай. „Това ни позволи да предскажем, че електронните корелации ще увеличат количеството в температурната зависимост с фактор от милиард.“

Изследването може да донесе повече ползи дори от откриването на самия матариал. Има надежди, че тези констатации биха могли да помогнат за оформянето на текущото търсене на широк спектър от високосвързани топологични състояния.

...

 

Болднатото с червено - Хипотезата на Вайл е, че елементарните частици притежават - се съпровождат с  нещо като фантомна част - в един момент съществува тая част, а в следващ - не. Това, обаче, се е считало като окултно за тогавашното време и ... не е стигнало до развитие на хипотеза, която пряко да  води към квантов подход в разбирането за света.

Така, според мен, се пропуска възможността за създаване слоист модел на елементарните частици, в който слоевете "не се виждат"... Обвивките - също. Пропуска се установяване на Устойчивостта на структурите при колективните ефекти - например, група от газови молекули да "поглъща" фотон (в обвивката си) и да го излъчи в друг диапазон - тоест, да се обоснове "синият" цвят на небето... И т. н.

...