Odkryto nowy stan materii

20.10.2018

Odkryto nowy stan materii | KopalniaWiedzy.pl

https://kopalniawiedzy.pl/kwantowa-ciecz-spinowa-fermion-Majorany-elektron,24305

1/7

Ta strona wykorzystuje pliki cookies. Pozostawiając w ustawieniach przeglądarki włączoną obsługę plików cookies wyrażasz zgodę na ich

użycie. Jeśli nie zgadzasz się na wykorzystanie plików cookies, zmień ustawienia swojej przeglądarki.

Rozumiem

wpisz szukaną frazę

w serwisie

Szukaj

Strona główna

Wiadomości

Astronomia/fizyka

Odkryto nowy stan materii

5 kwietnia 2016, 13:22 |

Astronomia/fizyka

Międzynarodowy zespół naukowy odkrył nowy stan materii. Kwantowa ciecz spinowa, której istnienie teoretycznie
przewidziano przed 40 laty, to stan, w którym elektrony zostają rozbite na części.

Właśnie zarejestrowano pierwsze sygnatury takiego stanu materii, fermiony Majorany. Ich obecność odnotowano w
dwuwymiarowym materiale podobnym do grafenu. Wyniki eksperymentu pasują do modelu Kitajewa, jednego z głównych

20.10.2018

Odkryto nowy stan materii | KopalniaWiedzy.pl

https://kopalniawiedzy.pl/kwantowa-ciecz-spinowa-fermion-Majorany-elektron,24305

2/7

Autor: Mariusz Błoński

Źródło:

University of Cambridge

modeli teoretycznych kwantowej cieczy spinowej.

Zaobserwowanie rozpadu elektronów w fizycznym materiale to przełom. Obecne tam fermiony Majorany,

odkryte

przed

zaledwie czterema laty, można by wykorzystać do budowy komputerów kwantowych. Mamy tu do czynienia z nowym
kwantowym stanem materii. Przewidywano jego istnienie, ale dotychczas go nie zaobserwowano - mówi doktor Johannes
Knolle z University of Cambridge.

W typowych materiałach magnetycznych elektrony zachowują się jak miniaturowe magnesy. Gdy taki materiał schłodzimy
do odpowiednio niskiej temperatury, dochodzi do samodzielnego uporządkowania się elektronów. Tymczasem w materiale
zawierającym kwantową ciecz spinową do uporządkowania nie dochodzi, nawet jeśli zostanie od schłodzony do zera
absolutnego. Do niedawna nawet nie wiedzieliśmy, jak będzie wyglądała sygnatura kwantowej cieczy spinowej, nie
wiedzieliśmy więc, czego szukać. W czasie poprzednich eksperymentów zadawaliśmy sobie pytanie, co będzie cechą
charakterystyczną kwantowej cieczy spinowej - mówi doktor Dimitri Kowriżin z Cambridge.

Knolle i Kowriżin we współpracy z fizykami z Oak Ridge National Laboratory wykorzystali techniki rozpraszania neutronów
do poszukiwania dowodów na rozpad elektronów w chlorku rutenu (RuCl

). Badali właściwości magnetyczne kryształów

RuCl

oświetlając je neutronami i obserwując na specjalnym ekranie powstające w ten sposób wzorce. Wiedzieli, że

zwykły materiał magnetyczny spowoduje powstanie pewnych charakterystycznych dobrze widocznych miejsc we
wzorcach. Nie wiedzieli jednak, jak będą wyglądały wzorce powodowane obecnością fermionów Majorany.
zaobserwowane wzorce zgadzały się z teoretycznymi przewidywaniami Knolla i jego kolegów z 2014 roku. W ten sposób
zdobyto pierwszy bezpośredni dowód na istnienie kwantowej cieczy spinowej.

kwantowa ciecz spinowa

fermion Majorany

elektron

Komentarze (16)

Poleca

osób

20.10.2018

Odkryto nowy stan materii | KopalniaWiedzy.pl

https://kopalniawiedzy.pl/kwantowa-ciecz-spinowa-fermion-Majorany-elektron,24305

3/7

Jajcenty

, 5 kwietnia 2016, 14:56

to stan, w którym elektrony zostają rozbite na części.

Interesujące. Czy to dowodzi, że elektrony mają strukturę wewnętrzną? Pomijając fakt, że elektronów nie ma

W ten sposób zdobyto pierwszy bezpośredni dowód na istnienie kwantowej cieczy spinowej.

Kiedy implementacja komercyjna? Kiedy będę mógł nalać tego do baku?

* jest tylko statystyka i geometria (jeśli dobrze zrozumiałem ex nihilo)

Gość Astro

, 5 kwietnia 2016, 15:31

Interesujące. Czy to dowodzi, że elektrony mają strukturę wewnętrzną?

Bardzo interesujące, a jeśli uwzględnić artykuł tłumaczony:

This state, known as a quantum spin liquid, causes electrons – thought to be indivisible building blocks of nature –
to break into pieces.

to raczej tak. Osobiście nie wierzę.

Nie wiem gdzie powstało przekłamanie; na wiki chłopcy już oczywiście nadążyli:

https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_spin_liquid

ale nie bardzo mam czas na rozgryzanie modelu Китаева (Kitaev model – dla niewtajemniczonych

). Może Nihilo

znajdzie czas (sądząc po nazwisku autora

Tymczasem pozostaję spokojnie w głębokim przekonaniu, że leptony nie mają jednak dla nas struktury.

* jest tylko statystyka i geometria (jeśli dobrze zrozumiałem ex nihilo)

To zależy od punku widzenia: może być tylko statystyka albo tylko geometria. Może oczywiście być inaczej. ;P

Pomijając fakt, że elektronów nie ma*

Generalnie problemem nie jest "elektron", a "jest"/"nie jest", czyli trochę semantyka.

pps

, 5 kwietnia 2016, 16:19

"The excitations in a spin liquid (not a state liquid) are not literally an electron split in pieces. Rather, the collective
excitations of a system are quasiparticles which carry fractions of the electron's quantum numbers (charge, spin, and
statistics). This kind of fractionalization has already been convincingly shown to occur in fractional quantum Hall
systems, where experiments have detected fractional electric charge (fractional statistics are harder to detect
experimentally).

If you inject an electron into a fractional quantum Hall system with quasiparticle charge e/3 (this is the most robust
FQHE state), it will be a linear combination of three quasiparticles, and you will see three of these quasiparticles which
can move around independently. But the fact that there must be three quasiparticles is a reflection of the fact that the
underlying charge carriers of the system are electrons with charge e. In addition, you would only be able to create
these quasiparticles in multiples of three."

(

źródło

)

20.10.2018

Odkryto nowy stan materii | KopalniaWiedzy.pl

https://kopalniawiedzy.pl/kwantowa-ciecz-spinowa-fermion-Majorany-elektron,24305

4/7

Qion

, 5 kwietnia 2016, 16:54

Już prawie 10 lat temu znany wynalazca Ken Kozeka sugerował, że za pole magnetyczne w magnesach odpowiada spin
elektronu, a same magnesy można wykorzystać do produkcji energii. Dokonał nawet pomiarów laboratoryjnych siły w
przypadku zbliżania i oddalania dwóch magnesów neodymowych pod kątem prostym i doszedł do wniosku, że siły te
wykonują różną pracę co można wykorzystać do zbudowania maszyny generującej moment obrotowy bez zasilania z
zewnątrz.

http://peswiki.com/index.php/Directory:Kedron:Eden_Project:Permanent_Magnet_Energy_Gain

Już wcześniej podobne zjawiska wykorzystywał nieżyjący już japoński wynalazca silników magnetycznych do
wentylatorów Kohei Minato.

thikim

, 5 kwietnia 2016, 19:58

Zakładam że chodzi o rozbicie takie metamateriałowe. Czyli nic się nie rozbija ale całość zachowuje się jak cząstki
ułamkowe elektronu.

glaude

, 5 kwietnia 2016, 20:19

Thikim, a jakbyś to z fizyki na "nasze" przetłumaczył?
Czy mozna to tak rozumieć, ze elektron zmienia swój "stan skupienia" i np z "ciała stałego" staje się "cieczą"?

Jajcenty

, 5 kwietnia 2016, 20:52

Już wcześniej podobne zjawiska wykorzystywał nieżyjący już japoński wynalazca silników magnetycznych do
wentylatorów Kohei Minato

Takich konstrukcji jest na tyruro na pęczki

. Ale to nie jest energia za darmo. Tak sobie myślę, że to najdroższa energia.

thikim

, 5 kwietnia 2016, 21:46

Nie glaude. Zresztą trzy nasze podstawowe stany skupienia dotyczą wyłącznie struktur od atomów w górę. I każdy z
tych stanów skupienia to forma występowania większych ilości materii niż jeden, dwa, kilka atomów. Są oczywiście też
inne stany skupienia. Współczesna nauka zna ich chyba z kilkanaście, nie wiem dokładnie ale sporo.
Co do metamateriałów. Zależy jak ogólnie te nazwę potraktować.
Generalnie chodzi o wytworzenie ciała stałego o specyficznej strukturze np. plastra miodu (przykładowo rzucam) gdzie
oddziaływania pochodzące od sąsiednich atomów, cząsteczek, struktur będzie wykazywało jakieś unikalne właściwości.
Na wiki opisano metamateriały skupiając się na takich o ujemnym współczynniku załamania, ale to może być ogólnie
także inna właściwość ciała np. specyficzny ruch elektronów, czy też zachowywanie się jak by w takim materiale istniała
pozorna cząstka o jakiejś masie czy ładunku.
Tu na kopalni jeśli mnie pamięć nie myli opisywano już taki przypadek.

http://kopalniawiedzy.pl/swiatlo-metamaterial-fotonika,23338
http://kopalniawiedzy.pl/prad-metamaterial-energia-beprzewodowe-przesylanie,13125
http://kopalniawiedzy.pl/elektron-metamaterial-material-termoelektryczny,16797
http://kopalniawiedzy.pl/Wielki-Wybuch-Big-Bang-Wielki-Blysk-teoria-strun-czasoprzestrzen-metamaterialy-
hiperboliczne-Igor-Smolyaninov-Evgenii-Narimanov,11067

ex nihilo

, 5 kwietnia 2016, 21:48

Czy mozna to tak rozumieć, ze elektron zmienia swój "stan skupienia" i np z "ciała stałego" staje się "cieczą"?

Jak już na to zwrócił uwagę pps, chodzi tu nie o "zwykłe" cząstki (te z Modelu Standardowego), a o kwazicząstki
(

https://pl.wikipedia.org/wiki/Kwazicz%C4%85stka

), czyli struktury pól, które mają właściwości podobne do "zwykłych"

cząstek elementarnych (chociaż nie tylko np. fonony itp.). Tych "elektronów", o których tu mowa, nie ma np. w atomie

20.10.2018

Odkryto nowy stan materii | KopalniaWiedzy.pl

https://kopalniawiedzy.pl/kwantowa-ciecz-spinowa-fermion-Majorany-elektron,24305

5/7

wodoru czy dowolnym innym. Kwaziczątki tworzą się zwykle w strukturach krystalicznych. To po prostu wygodny
sposób opisu zjawisk, które tam zachodzą.

* jest tylko statystyka i geometria (jeśli dobrze zrozumiałem ex nihilo

Jak już Astro wcześniej: zależy, co rozumie się przez "jest". Czy klasycznie, jako w miarę jednoznacznie

zlokalizowany konkretny obiekt, czy mniej klasycznie, jako pewną sumę właściwości danego fragmentu pola (pól), która
jest różna od podstawowego ("zerowego") stanu tego pola, traktując jako podstawowy stan pola bez tej cząstki. Wolę
ten drugi opis. "Cząstki " w nim nie ma w skonkretyzowanej postaci, "cząstka" pojawia się (zbiera do kupki) dopiero w
momencie oddziaływania (np. pomiaru). Czyli faktycznie jest w tym i statystyka, i geometria - jeśli pole potraktujemy

jako obiekt geometryczny

Czy tak faktycznie jest, nie wiem - dla mnie taki opis jest najwygodniejszy.

Źle mi się pisze... pogoda super, jak w środku lata, cały dzień dzisiaj zap... z likwidacją pozimowego syfu, no i ...

Mariusz Błoński

, 5 kwietnia 2016, 23:30

Też mi ten rozbijany elektron nie pasował. Ale skoro Cambridge o tym pisze, a inne źródła powtarzają. Rozwiązaniem
zagadki może być zależność elektron-fermion Majorany. W oryginale piszą o tym rozbitym elektronie, wskutek czego
dostajemy fermiony Majorany. Ale nie mam pojęcia, o co może chodzić.

ex nihilo

, 6 kwietnia 2016, 04:10

Rozwiązaniem zagadki może być zależność elektron-fermion Majorany.

Tu są teoretyczne podstawy:

http://repository.ias.ac.in/1903/1/353.pdf

warto zwrócić uwagę na rys. 1.

Trudno tu mówić o jakimś rzeczywistym "rozbiciu" elektronów. Z pojedynczymi elektronami tego nie da się zrobić. To
nie jest rozwalenie elektronu na jakieś części składowe. Chodzi o sposób oddziaływania powłok elektronowych w
niektórych układach złożonych, który można opisać tak, jakby elektrony były podzielone (dokładniej chodzi tu o spiny, a
nie ładunki). Czyli de facto są to kwazicząstki, wzbudzenia pola tworzonego przez jakiś zespół elektronów (jeśli za
cząstkę uznamy elektron w momencie "wybicia go" np. z atomu wodoru) . Tak przynajmniej sprawę rozumiem, może
błędnie.

Zresztą w ogóle może kiedyś pojęcie "cząstki" stanie się tylko pojęciem historycznym, tak jak np. cieplik. W sumie co to
jest ta "cząstka"? Wyobraźnia podpowiada jakąś kulkę, coś takiego. Ale tych kulek nie ma... Jakiś fragment przestrzeni
(może być różny), który ma określone właściwości (opisane liczbami kwantowymi), a może też być w takiej czy innej
superpozycji... itd. "Cząstka" jest tym (sumą właściwości), co w danej chwili oddziałuje z otoczeniem jak "cząstka"

("pomiar"). A poza tą chwilą jest stanem pola. Może ten opis jest do d., a może i nie całkiem

thikim

, 6 kwietnia 2016, 08:21

Opis jest dobry, ale jak się ma do rzeczywistości

glaude

, 6 kwietnia 2016, 08:31

Ja ten "stan skupienia" elektronu pisałem specjalnie w cudzysłowie, bo brak mi słownictwa fachowego- ale nie o to mi
chodziło. Ujmę więc inaczej. Pewne drobne subatomowe cząstki w pewnych warunkach i w pewnej swojej
liczbie przejawiają własności elektronu, zaś w innych warunkach nie przejawiają. Jeśli zmniejszy się/zwiększy ich liczba
w tej "chmurze" elektronu, nawet w tych samych warunkach nie będą już elektronem. Dobrze to zrozumiałem?

pogo

, 4 maja 2016, 22:28

offtop przeniesiony tutaj:

http://forum.kopalniawiedzy.pl/topic/26148-wolna-energia-wydzielone-z-odkryto-nowy-stan-

materii/

20.10.2018

Odkryto nowy stan materii | KopalniaWiedzy.pl

https://kopalniawiedzy.pl/kwantowa-ciecz-spinowa-fermion-Majorany-elektron,24305

6/7

thikim

, 5 maja 2016, 15:10

Bardzo zagadkowo glaude napisałeś
To do czego nawiązujesz to cząstki wirtualne, czyli powstaje taka chmara cząstek, antycząstek - jako całość cząstek i
oddziaływań ma cechy jakiejś cząstki fizycznej np. elektronu. I koniec na tym. To jest skala na razie dla nas dostępna
czysto matematycznie.
A to co w artykule jest to jest taki układ cząstek fizycznych i ich oddziaływań że w jakimś fragmencie przestrzeni
napotykamy niby elektron o cząstkowym ładunku. Czyli mówimy o dużo większej skali. Skali rzędu atomów i cząsteczek,
rzędu nanometrów. Skali dostępnej już dla naszych urządzeń obserwacyjnych.

ex nihilo

, 10 maja 2016, 03:02

Pewne drobne subatomowe cząstki w pewnych warunkach i w pewnej swojej liczbie przejawiają własności
elektronu, zaś w innych warunkach nie przejawiają. Jeśli zmniejszy się/zwiększy ich liczba w tej "chmurze"
elektronu, nawet w tych samych warunkach nie będą już elektronem. Dobrze to zrozumiałem?

Spróbujmy sobie sprawę przybliżyć w inny trochę sposób. Będzie to uproszczone, ale... Zapomnij na chwilę, że istnieje
coś takiego jak "cząstka". Weźmy sobie pudełko, w którym jest próżnia. Przez cały czas powstają tam i anihilują
wirtualne cząstki. Przyjmijmy, że to tylko elektrony i pozytony (antyelektrony). Jak weźmiesz średnią dla dłuższej chwili,
w pudełku będziesz miał zero wirtualnych elektronów i zero wirtualnych pozytonów. Teraz złapiemy sobie na zewnątrz
"prawdziwego" elektrona i buch go do pudełka. Chwilę odczekujemy. W którym miejscu w pudełku jest ten elektron? W
każdym. On już sobie cholera wie ile razy anihilował z jakimiś wirtualnymi pozytonami, i teraz jest tylko nadwyżką
jednego wirtualnego elektronu w wypełniającej pudełko zupie wirtualnych elektronów i pozytonów. Ale który to?
Dowolny. W dowolnym miejscu pudełka mamy jakieś prawdopodobieństwo, że kiedy do pudełka wsadzimy poślinionego
palucha, żeby złapać sobie elektrona, to któryś wirtualny do tego palucha się przyklei i zrobi realny cobyśmy mogli go z
pudełka wyjąć.
Czyli: elektron przestał być "cząstką", a stał się stanem pola wypełniającego pudełko, wzbudzeniem tego pola
(potencjałem itd.). Stan podstawowy był "zerowy", teraz mamy stan "1e

". Można sobie to tak potraktować, że całe

pole wypełniające pudełko jest elektronem. Teraz możemy sobie to pole (elektron) podzielić na kawałki. Dla wygody
użyję tu mojej zabawki. Traktuję cząstkę nie jako "cząstkę", a jako "prawdopodobieństwo oddziaływania". Jeśli w
bardzo małej przestrzeni mamy prawdopodobieństwo oddziaływania graniczące z pewnością, to w tym miejscu mamy
"cząstkę", czyli np. ten nasz elektron. Ale możemy też mieć dwa miejsca, gdzie to prawdopodobieństwo będzie po 50%,
albo trzy po 33%, itd. Może takich miejsc być też np. 6. Czyli mamy elektron podzielony na 6 "kawałków" - 6 miejsc,
gdzie najłatwiej go znaleźć. Ta ilość miejsc, to konfiguracja pola. Może ona zależeć np. od obecności jakichś atomów z
ich powłokami elektronowymi dokoła tego wybranego kawałka przestrzeni (pudełka). Żeby taką konfigurację pola
uzyskać, nie jest nawet konieczny "prawdziwy" elektron - może to być efekt wzajemnego oddziaływania powłok
elektronowych atomów, które dookoła tego "pudełka" siedzą. Wtedy będzie to kwazielektron.
Tego co napisałem nie traktuj jako prawdy do wierzenia. Żaden taki model intuicyjny, słowny, nie jest do końca
prawdziwy. A ten, który opisałem, w dodatku jest "mój", w tym sensie, że go sobie zmontowałem na podstawie intuicji
wynikających z elektrodynamiki kwantowej Feynmana (QED), z prywatnym dodatkiem "rozkładu prawdopodobieństwa
oddziaływania" (zamiast "cząstki"), co jest połączeniem modelu Schroedingera (rozmycie cząstki) z modelem Diraca
(prawdopodobieństwo znalezienia cząstki) i pakietem falowym. W sumie ta zabawka (w trochę bardziej skomplikowanej
formie, bo tutaj było bez funkcji falowej) sprawdza mi się całkiem nieźle, lepiej niż inne intuicje, które znam, ale to tylko
wygodny (dla mnie) bajer...
W miarę dokładne, w niektórych sytuacjach bardzo dokładne, są modele matematyczne, ale to totalna abstrakcja.

dodaj komentarz

Najnowsze wiadomości

Tworzył tak dobre dzieła, bo miał zeza?

Głosowanie nad miejscami lądowania misji Mars 2020

Gdy jeden Księżyc nie wystarczy...

Układ nerwowy bezpośrednio kontroluje namnażanie komórek macierzystych

Najnowsze komentarze

Gdy jeden Księżyc nie wystarczy...

Wymieranie ssaków szybsze od tempa ewolucji