Era un lucru bine cunoscut de fizicieni de decenii: particulele sunt de numai doua tipuri, bozoni si fermioni. Fermionii sunt particulele care insista cu orice pret sa ocupe singure o stare cuantica, in timp ce bozonii n-au nimic impotriva sa stea la un loc cu oricate alte particule.
Cu toate acestea, fizicienii nu puteau raspunde la intrebarea "de ce?". De ce sunt numai aceste doua tipuri de particule? Aparatul matematic al mecanicii cuantice parea sa lase loc si altor combinatii posibile. Din aceasta cauza, acum vreo 30 de ani a fost propus ca poate aceste combinatii chiar sunt posibile. Au fost numite "anyoni" (a nu se confunda cu 'anionii', o alta denumire pentru ionii negativi).
In anii 1980 a fost descoperit un nou fenomen cuantic, numit Efectul Cuantic Hall Fractional, iar in 1998 trei fizicieni au primit premiul Nobel pentru descoperirea si explicarea lui. Unii au speculat atunci ca poate acest efect genereaza anyoni, insa nimeni nu a avut timp sa verifice acest lucru, toata lumea fiind prea ocupata la momentul respectiv cu studierea fenomenului insusi. Acum insa se pare ca a fost obtinuta o dovada empirica clara a faptului ca, intr-adevar, anyonii exista si sunt generati prin efect Hall Fractional.
Efectul Hall consta in urmatoarele: atunci cand este trecut un curent electric printr-un fir si exista un camp magnetic perpendicular pe fir, electronii din interiorul firului sunt impinsi in lateral, spre suprafata firului - acest lucru genereaza un mic curent, curentul Hall, de-a lungul grosimii
firului. Acesta este efectul Hall.
Multa vreme s-a crezut ca curentul Hall nu poate lua decat valori discrete, dn cauza ca sarcina electrica este cuantificata. (Curentul electric este cantitatea de sarcina electrica ce trece printr-un loc in unitatea de timp - este o masura a cat de repede curge sarcina electrica printr-un loc.) Din acest motiv, cercetatorii au fost extrem de mirati cand au descoperit cum curentul Hall poate lua si valori fractionale (efectul Cuantic Hall Fractional)
Acest lucru dovedea ca sarcinile fractionale chiar pot sa existe. Cu alte cuvinte, electronii se grupeaza la un loc in niste cvasi-particule care au sarcini fractionale.
De parca acest lucru nu era suficient, acum a fost descoperit ca aceste cvasi-particule sunt anyoni: nu sunt nici fermioni (asemeni electronilor insisi) si nici bozoni (asemeni luminii sau asemeni particulelor de Heliu lichid care se formeaza in cazul
super-fluiditatii). Aceste particule pot sta unele peste celelalte in aceeasi stare cuantica, insa exista o limita, nu putem avea o infinitate de asemenea particule depozitate in aceeasi stare cuantica.
Ce inseamna acest lucru?
Pentru a intelege, ne putem gandi la electroni. Electronii sunt fermioni. Asta nu-i scuteste insa de a fi bizari. Poti avea doi electroni aparent stand unul peste celalalt in acelasi loc din spatiu. Insa ei nu sunt cu adevarat in acelasi loc. Se gasesc in doua stari cuantice diferite. Acest lucru este din cauza ca exista doua stari cuantice diferite care corespund aceluiasi loc din spatiu. Spatiul adevarat nu este tridimensional, ci este un spatiu tridimensional impaturit in doua.
Acest lucru inseamna ca, daca rotesti un electron in jurul axei lui cu 360 de grade, el trece, sa zicem, de pe partea de jos a impaturiturii spatiului in partea de sus. Pentru a-l aduce in situatia sa initiala trebuie sa-l mai invarti in continuare cu inca 360 de grade. Cu alte cuvinte, per total, inseamna ca daca vrei sa rasucesti un electron in jurul axei lui complet, trebuie sa-l invarti cu 720 de grade! (Pentru noi, cei din lumea macroscopica, rotirea cu 360 de grade in general ne aduce de unde am plecat!)
Insa de ce sa aiba spatiul numai doua impaturiri? De ce nu mai multe? Asta este ceea ce este ciudat cu descoperirea anyonilor. Ei pot fi interpretati spunand ca spatiul are mai mult de doua impaturiri. De aceea, pare ca ar putea fi ingramaditi mai multi in aceeasi stare cuantica: pentru ca nici acea stare cuantica nu este realitatea ultima, este si ea impaturita (sau, echivalent, aparentul spatiu tridimensional este impaturit de mai mult decat numai de doua ori).
In imaginea de mai sus este desenat dispozitivul experimental pe care l-au folosit cercetatorii. Cele patru "porti" de pe suprafata semiconductorului au creat in centru un disc de cvasi-particule, dintre care unele (cele rosii) au o cincime din sarcina electrica a unui electron, iar celelalte (albastre) au o treime din sarcina unui electron. Masuratorile efectuate asupra acestor particule au aratat ca nu sunt nici fermioni, nici bozoni.
Studiul a fost efectuat de opt cercetatori si a fost publicat sub forma a trei articole in Physical Review Letters, anul trecut.
Image credits: V. Goldman/Stony Brook Univ.RESURSESuperfluiditatea din nou in atentia cercetatorilorTeleportarea cuantica - misterul artificialCalculatoarele cuantice, mai aproape de realitate odata cu primul cip cuanticChiar exista moartea?
Find us on Google+
