Físicos descobrem um novo estado da matéria escondido no reino quântico: ScienceAlert

Você está familiarizado com os estados da matéria que encontramos todos os dias – sólidos, líquidos e gases – mas em condições mais exóticas e extremas novos estados podem surgir, e cientistas dos EUA e da China acabaram de descobrir um.

Eles o chamam de estado líquido-quiral de Bose e, como acontece com todo novo arranjo de partículas que descobrimos, ele pode nos dizer mais sobre a textura e os mecanismos do universo ao nosso redor – em particular, no tamanho quântico extremamente pequeno.

Os estados da matéria descrevem como as partículas podem interagir umas com as outras, dando origem a diferentes estruturas e formas de comportamento. Segure os átomos no lugar e você obtém um sólido. Deixe-os fluir, você tem um líquido ou um gás. Com o poder das parcerias carregado, você tem um plasma.

A paisagem quântica fornece formas ainda mais exóticas para as partículas interagirem, permitindo comportamentos únicos melhor descritos em termos de potencial e energia.

Os pesquisadores descobriram o novo caso por meio de um O sistema quântico frustrado. Em termos simples, é um sistema com restrições internas que impedem que as partículas interajam normalmente (daí a frustração).

Essas limitações – e a frustração resultante – podem levar a resultados empolgantes para os cientistas. Aqui, os pesquisadores se concentraram nos elétrons e usaram uma analogia de jogo de festa para explicar o que está acontecendo.

“É como um jogo de cadeiras musicais, projetado para frustrar os elétrons”, Ele diz O físico teórico da matéria condensada Tigran Sedrakyan, da Universidade de Massachusetts Amherst.

“Em vez de cada elétron ter uma cadeira para onde ir, agora eles precisam lutar e ter muito mais possibilidades de onde se sentar.”

O sistema dos pesquisadores era um dispositivo semicondutor com duas camadas: uma camada superior rica em elétrons e uma camada inferior com muitos orifícios disponíveis para a passagem natural dos elétrons. desenvolvimento? Não há lacunas suficientes para todos os elétrons.

Embora esse tipo de sistema seja difícil de observar, a equipe usou um campo magnético ultraforte para medir como os elétrons se moviam, revelando a primeira evidência de um novo estado de fluido bóson-quiral.

“Na borda de uma bicamada semicondutora, elétrons e buracos se movem na mesma velocidade”, Ele diz Lingjie Du, físico da Universidade de Nanjing, na China.

“Isso leva a um transporte em espiral, que pode ser ainda mais modulado por campos magnéticos externos, à medida que os canais de elétrons e buracos são gradualmente separados sob campos mais altos”.

Este novo caso revelou algumas propriedades interessantes. Por exemplo, os elétrons congelariam em um padrão previsível e uma direção de rotação fixa no zero absoluto e não poderiam sofrer interferência de outras partículas ou campos magnéticos. Essa estabilidade pode ter aplicações em sistemas de armazenamento digital no nível quântico.

Além disso, partículas externas que afetam um único elétron podem afetar todos os elétrons de um sistema, graças ao emaranhamento quântico de alcance relativamente longo. É como acertar uma bola branca em um feixe de bolas de sinuca e todas essas bolas se moverem na mesma direção em resposta – outra descoberta que pode ser útil.

Embora tudo isso envolva física de ordem superior, cada descoberta como essa – essas peculiaridades e estados de borda que ocorrem fora dos limites das interações comuns de partículas – nos aproxima de uma compreensão completa do nosso universo.

“Você encontra estados quânticos da matéria mais distantes nessas periferias, e eles são muito mais monstruosos do que os três estados clássicos que encontramos em nossas vidas diárias”, disse. Ele diz Sedrakian.

Pesquisa publicada em natureza.