مایعات اسپین کوانتومی واقعی هستند و می توانند فناوری را برای همیشه تغییر دهند
دانشمندان یک مایع اسپین کوانتومی را در یک ماده مغناطیسی تایید کردند ، جایی که ذرات در حرکت ثابت باقی می مانند. این کشف می تواند در پیشرفت های آینده در فناوری کوانتومی را شکل دهد.
دانشمندان شواهدی از حالت عجیبی از ماده به نام مایع اسپین کوانتومی در ماده ای به نام مایع اسپین کوانتومی در ماده ای به نام پیروکلرسریم استانات پیدا کرده اند. در این حالت مرموز ، ذرات مغناطیسی در یک الگوی ثابت قرار نمی گیرند ، بلکه حتی در دماهای بسیار پایین در حرکت ثابت باقی می مانند . محققان از ابزار های پیشرفته مانند پراکندگی نوترون و مدل های نظری برای تشخیص رفتار مغناطیسی غیر معمول که مانند امواج نور رفتار می کنند، استفاده کردند . این پیشرفت می تواند منجر به اکتشافات جدیدی در فیزیک و فناوری های آینده مانند محاسبات کوانتومی شود.
مایعات اسپین کوانتومی : فیزیکدانان مدت هاست که در مورد وجود یک حالت نادر از ماده به نام مایع اسپین کوانتومی حدس می زنند. در این حالت ذرات مغناطیسی حتی در دمای صفر مطلق از حل و فصل در یک آرایش منظم خودداری می کنند. در عوض ، آن ها در یک حالت دائما در حال تغییر و در هم تنیده باقی می مانند که توسط قواننین عجیب مکانیک کوانتومی هدایت می شود . این ویژگی های غیر عادی را ایجاد می کند که شبیه فعل و انفعالات اساسی در جهان است ، مانند نحوه رفتار نورو ماده ، علیرغم اهمیت بالقوه آن ، اثبات وجود مایعات اسپینی کوانتومی از طریق آزمایش ها بسیار دشوار بوده است.
کشف پیشگامانه : در مطالعه اخیر منتشر شده در Natuare Physics ، یک تیم بین المللی از محققان ، ازجمله فیزیکدانان تجربی از سوئیس و فرانسه و کارشناسان نظری از کانادا وایالات متحده ضشواهدی از این حالت کوانتومی مرموز را در ماده ای به نام پیرو کلر سریم استانات کشف کردند. آن ها تکنیک های پیشرفته مانند راکندگی نوترون در دما های بسیار پایین را با تجزیه و تحلیل نظری پیشرفته ترکیب کردند. با بررسی نحوه تعامل مغناطیسی نوترون ها با چرخش الکترون ها در پیرو کلر، آنها تحریکات اسپینی جمعی را شناسایی کردند که مانند امواج نور مانند رفتار می کردند از حضور مایع اسپین کوانتومی پشتیبانی می کنند.
پیشرفت در پراکندگی نوترون توسط رومن سیبل : رهبر تیم آزمایشی در موسسه پل شرر در سوییس ، گفت : شبه ذرات ماده کسری که مدت ها در مایعات اسپین کوانتومی نظریه پردازی شده بودند ، به پیشرفت های قابل توجهی در وضوح تجربی نیاز داشتند تا به طور قانع کننده ای در این نوع مواد آزمایش شوند. آزمایش پراکندگی نوترون واقعی بر روی یک طیف سنج بسیار تخصصی در موسسه تحقیقاتی در گرونوبل فرانسه انجام شد , و به ما امکان می داد داده هایی با وضوح بسیار بالا بدست آوریم. آندری نویدومسکی دانشیار فیزیک و نجوم که تجزیه و تحلیل نظری داده های بدست آمده را انجام داد. وی افزودپراکندگی نوترون ابزاری تثبیت شده در تجزیه و تحلیل رفتار چرخش در آهن ربا است. با این حال بسیار دشوار است که یک امضای بدون ابهام را ارائه دهیم که ثابت کند این ماده دارای مایع چرخشی کوانتومی است .درواقع یک مطالعه در سال 2022 نشان داد که محدود کردن مدل نظری برای توصیف قابل اعتماد آزمایش اسان نیست و نیاز به بررسی عددی پارامتر های مدل و تطبیق آن برای آزمایش های متعدد دارد .
اسپین ها و تفریق سازی : در مکانیک کوانتومی الکترون ها دارای خاصیتی به نام اسپین هستند که مانند یک آهنربای میله مینیاتوری رفتار می کنند. هنگامی که بسیاری از الکترون ها با هم تعامل دارند چرخش آن ها معمولا تراز یا ضد تراز ( در جهت مخالف) قرار میگیرد . با این حال آرایش برخی از ساختار های بلوری مانند پیروکلرها می تواند هر دو آرایش را مختل کند . این پدیده که ناامیدی مغناطیسی نامیده می شود ، از تثبیت اسپین ها به یک نظم متعارف جلوگیری می کند وشرایطثی را ایجاد می کند که مکانیک کوانتومی می تواند به روش های خارق العاده ای ازجمله ظهور مایعات اسپینی کوانتومی آشکار شود. نویدومسکی که سال ها نظریه کوانتومی آهنربا های نا امید شده را مطالعه کرده است . گفت علی رغم نامشان ، مایعات اسپین کوانتومی در مواد جامد وجود دارند. او توضیح داد که نا امیدی هندسی در یک مایع اسپین کوانتومی به قدری شدید است که الکترون ها در عوض یک برنهی مکانیک کوانتومی را تشکیل می دهند که منجبر به همبستگی سیال مانند بین چرخش های الکترونی می شود ، گویی اسپین ها در یک فضای مایع شکل غوطه ور می شوند.
تفریق سازی و الکترودینامیک کوانتومی : علاوه بر این ، تحریکات ابتدایی یک چرخش فردی نیست که جهت خود را از بالا به پایین یا برعکس تغییر دهد . در عوض آن ها این اشیا عجیب وغریب و غیر محلی هستند که نیمی از یک درجه چرخش آزادی را حمل می کنند که ما آن ها را اسپین می نامیم . این پدیده ، زمانی که یک چرخش چرخشی به دو نیمه تقسیم می شود ، تکه تکه شدن نامیده می شود . مفهموم تکه تکه شدن و درک چگونگی تعامل ذرات کسری حاصل با یکدیگر کلید تحقیقات انجام شده توسط این همکاری تئوری آزمایش بود . اسپین ها را می توان دارای بار مغناطیسی دانست و برهمکنش بین دو ذره از این قبیل شبیه به الکترون های باردار الکتریکی است کخ یکدیگر را دفع میکنند. در سطح کوانتومی ، الکترون ها با انتشار و جذب مجدد کوانتوم های نور معروف به فوتون ها با یکدیگر تعامل دارند . به طور مشابه ، در یک مایع اسپین کوانتومی ، برهم کنش بین اسپین ها از نظر تبادل کوانتومی نور مانند توصیف می شوند . این مقیاس مطالعات مایع اسپینی کوانتومی با الکترودینامیک کوانتومی مرتبط می کند ، نظریه ای که نحوه تعامل الکترون ها از طریق تبادل فوتون ها را توصیف می کند وپایه واساس مدل استاندارد فیزیک ذرات را تشکیل می دهد. به طور مشابه ، تئوری آهنربا پیروکلر کوانتومی اسپیون ها را به عنوان برهمکنش از طریق ،فوتون ها در حال ظهور توصیف می کند. با این حال ، برخلاف QED در جهان ما ، جایی که نور با سرعت ثابتی حرکت می کند ، نور پدیدار شده در این آهنربا بسیار کندتر است ، حدود 100 برابر کندتر از سرعت اسپین ها. این تفاوت فاحش منجر به پدیده های جذابی مانند تابش چرنکوف و افزایش احتمال تولید جفت ذرات - پاد ذره می شود. هنگامی که با تحقیقات تکمیلی از یک گرم ترکیب می شود . گروهی از فیزیکدانان در دانشگاه تورنتو ، این یافته ها شواهد بدون ایهام برای فعل وانفعالات شبه QED در داده های تجربی ارائه می دهند. بسیار هیجان انگیز است که ببینیم آزمایش دشوار و تلاش فداکارانه نظریه پردازان به چنین نتیجه ای منجر می شود.
پژوهش ها و کاربرد های آینده : این مطالعه برخی از واضح ترین شواهد تجربی را برای حالت های مایع اسپین کوانتومی و تحریکات تکه تکه شده آنها ارائه می دهد. این تایید می کند که موادی مانند سریم استانات می توانند میزبان این فاز های عجیب و غریب ماده باشند ، که نتها برای فیزیک بنیادی جذاب هستند ، بلکه می توانند پیامد هایی برای فناوری های کوانتومی مانند محاسبات کوانتومی نیز داشته باشند. نتایج هم چنین نشان میدهد که ممکن است بتوانیم این مواد را برای کشف پدیده های کوانتومی مختلف مانند وجود ذرات دوگانه تنظیم کنیم و در ها را به روی تحقیقات آینده بازکنیم. ذرات دوگانه که به عنوان ویسون شناخته می شوند ، از این نظر که بار الکتریکی را به جای مغناطیسی حمل می کنند ، متفاوت از اسپینون ها هستند. آن ها شبیه تک قطبی های مغناطیسی هرگزمشاهده نشده اند و توسط نظریه پردازان انرژی بالا بسیار بعید تلقی می شوند ، اما این ایده همچنان یک جنبه فریبنده از فیزیک مدرن است. نویدومسکی گفت: پس از این کشف ، جستجوی شواهدی از ذرات تک قطبی در یک جهان اسباب بازی که از چرخش الکترون در یک قطعه ماده تشکیل شده است ، هیجان انگیزتر است.
.
