Novo stanje materije otkriveno zbijanjem subatomskih čestica u ultragusti kristal

Foto: Shutterstock

Fizičari su otkrili egzotično novo stanje materije u obliku veoma uređenog kristala od subatomskih čestica. Ovo novo stanje materije, zvano „bozonski korelirani izolator“, moglo bi dovesti do otkrića mnogo novih vrsta egzotičnih materijala sačinjenih od kondenzovane materije, kažu istraživači koji su detaljne rezulate svog rada objavili 11. maja u časopisu Science, prenosi Live Science.

Subatomske čestice mogu se podeliti u dve kategorije: fermione i bozone. Primarne razlike između njih su u načinju vrtnje i uzajamne interakcije.

Preporučujemo

Fermioni, kao što su elektroni i protoni, često se smatraju gradivnim blokovima materije zato što čine atome, a karakteriše ih poluceli spin. Dva identična fermiona ne mogu zauzimati isti prostor u isto vreme.

Bozoni, s druge strane, prenose silu – poput fotona, ili paketića svetlosti – i smatra se da su lepak univerzuma, povezujući fundamentalne sile prirode. Ove čestice imaju cele spinove, a više bozona može biti na istom mestu u isto vreme.

„Bozoni mogu da zauzimaju isti energetski nivo; fermioni ne vole da ostaju zajedno“, rekao je vodeći autor studije, fizičar kondenzovane materije Čenhao Đin sa Kalifornijskog univerziteta u Santa Barbari. „Zajedno ova ponašanja grade univerzum kakav znamo“.

Međutim, postoji slučaj u kojem dva fermiona mogu da postanu bozon: ako je negativno naelektrisani elektron čvrsto vezan za pozitivno naelektrisanu „rupu“ u različitom fermionu, formira se bozonska čestica poznata kao „eksiton“.

Da bi videli kako eksitoni uzajamno deluju, naučnici su položili rešetku volfram-disulfida preko slične rešetke volfram-diselenida u preklapajućem obrascu. Zatim su emitovali snažan snop svetlosti kroz rešetke – metod poznat kao dvopulsna spektroskopija. Ovi uslovi su skupili eksitone zajedno dok nisu bili toliko gusto upakovani da se više nisu mogli pomerati, stvarajući novo simetrično kristalno stanje sa neutralnim naelektrisanjem – bozonski korelirani izolator.

„Obično su ljudi najviše napora ulagali da razumeju šta se dešava kad stavite više fermiona zajedno“, rekao je Đin. „Glavni efekat našeg rada je da smo u osnovi napravili novi materijal od međudejstvujućih bozona“.

Istraživači kažu da je ovo prvi put da je ovo novo stanje materije stvoreno u „stvarnom“ sistemu materije, naspram sintetičkih sistema, omogućavajući tako novi uvid u ponašanje bozona. Štaviše, metodi korišćeni za otkrivanje ovog novog stanja materije mogli bi pomoći naučnicima da stvore dodatne nove vrste bozonskih materijala.

„Znamo da neki materijali imaju vrlo čudne osobine“, rekao je Đin. „A jedan cilj fizike kondenzovane materije jeste da shvati zašto imaju te raskošne osobine i pronađe načine da se ta ponašanja ispolje pouzdanije“.

(Telegraf Nauka/Live Science)