Вчені спостерігають гравітаційну аномалію на Землі
Сучасна фізика
Сучасна фізика привчила нас до дивним і суперечливим уявленням про реальність - особливо до квантової фізики, яка відома тим, що залишає фізичні об'єкти в дивних станах суперпозиції. Наприклад, кішка Шредінгера, яка не може вирішити, мертвий або живий. Іноді, однак, квантова механіка більш рішуча і навіть руйнівна.
Професор д-р Карл Ландштайнер, теоретик струн в Інституті Фісікі теорико UAM / CSIC і співавтор статті, зробив цю графіку, щоб пояснити гравітаційну аномалію. Зображення: IBM Research
Симетрії - священний Грааль для фізиків. Симетрія означає, що можна якимось чином перетворити об'єкт, який залишає його інваріантним. Наприклад, кругла куля можна повертати на довільний кут, але завжди виглядає однаково. Фізики кажуть, що він симетричний при поворотах. Після ідентифікації симетрії фізичної системи часто можна передбачити її динаміку.
Іноді, однак, закони квантової механіки руйнують симетрію, яка з радістю існувала б у світі без квантової механіки, тобто в класичних системах. Навіть фізикам це виглядає настільки дивно, що вони назвали це явище «аномалією».
Квантові аномалії
Протягом більшої частини своєї історії ці квантові аномалії були обмежені світом фізики елементарних частинок, дослідженим в величезних прискорювальних лабораторіях, таких як Великий адронний коллайдер в ЦЕРНі в Швейцарії. Однак, однак, новий тип матеріалів, так звані напівметали Вейля, схожі на 3-D графен, дозволяють поставити симетрію, що руйнує квантову аномалію, на роботу в повсякденних явищах, таких як створення електричного струму.
В цих екзотичних матеріалах електрони ефективно ведуть себе так само, як елементарні частинки, вивчені в прискорювачах високих енергій. Ці частинки мають дивним властивістю, що вони не можуть заспокоїтися - їм доводиться постійно рухатися з постійною швидкістю. У них також є інша властивість, зване спіном. Це схоже на крихітний магніт, прикріплений до частинкам, і вони бувають двох видів. Спін може або вказувати в напрямку руху, або в протилежному напрямку.
Міжнародна команда вчених перевірила фундаментальний ефект в кристалі, який раніше вважався спостережуваним тільки в глибокій всесвіту. Експерименти підтвердили квантову аномалію, яка раніше була експериментально невловимою. Результати з'являються в журналі Nature. Зображення: Роберт Штрассер, Кіс Шерер; Колаж: Майкл Бюкер
Коли говорять про правих і лівих частинках, ця властивість називається хіральність. Зазвичай два різних види частинок, однакові, за винятком їх хіральності (ручності), приходять з окремими симетрії, прикріпленими до них, і їх кількість буде окремо зберігатися. Однак квантова аномалія може зруйнувати їх мирне співіснування і перетворити ліву частку в праву або навпаки.
З'явившись в публікації, опублікованій сьогодні в Nature, міжнародній групі фізиків, матеманалістов і теоретиків струн, спостерігається такий матеріал, ефект самої екзотичної квантової аномалії, яка до сих пір вважалася викликаної тільки кривизною Простір-час, як описано теорією відносності Ейнштейна. Але на подив команди, вони виявили, що вона також існує на Землі у властивостях фізики твердого тіла, на якій заснована велика частина обчислювальної індустрії, від крихітних транзисторів до хмарних центрів обробки даних.
«Вперше ми експериментально спостерігали цю фундаментальну квантову аномалію на Землі, яка надзвичайно важлива для нашого розуміння всесвіту», - сказав д-р Йоханнес Гоот, науковий співробітник IBM і провідний автор статті. «Тепер ми можемо створювати нові твердотільні пристрої на основі цієї аномалії, які ніколи не розглядалися раніше, щоб потенційно обійти деякі проблеми, властиві класичним електронним пристроям, таким як транзистори».
Нові обчислення, частково використовуючи методи теорії струн, показали, що ця гравітаційна аномалія також відповідальна за створення струму, якщо матеріал нагрівається в той же час, коли застосовується магнітне поле.
«Це неймовірно захоплююче відкриття. Ми можемо ясно зробити висновок, що одне і те ж порушення симетрії можна спостерігати в будь-якій фізичній системі, незалежно від того, чи відбулося це на початку всесвіту або відбувається сьогодні, прямо тут, на Землі », - сказав професор Карл Ландштайнер, теоретик струн в Instituto de Fisica Teorica UAM / CSIC і співавтор статті.
Вчені IBM пророкують, що це відкриття відкриє нові враження від датчиків, перемикачів і термоелектричних охолоджувачів або енергоуборочних пристроїв для підвищення енергоспоживання.
Ця стаття опублікована в IBM Research.
