Физики впервые измерили квантовую геометрическую форму электронов: почему это важно

Физики смогли измерить геометрическую форму, которую принимает один электрон, когда он двигается через твердое тело. Это достижение открывает совершенно новый способ изучения поведения кристаллических твердых тел на квантовом уровне. Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics, пишет ScienceAlert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Поведение материи во Вселенной можно хорошо описать законами классической физики. Но на квантовом уровне взаимодействия частиц могут выглядеть немного странно. Одной из фундаментальных частиц Вселенной является электрон. Учитывая размер, свойства и поведение электронов их можно гораздо точнее описать на основе их волновой квантовой природы.

Электроны могут вести себя и как частица, и как волна. Когда они действуют как волна, то образуют волнообразные узоры, которые описываются с помощью волновых функций. Это математическое описание, которое предсказывает вероятности местоположения электрона и другие свойства частицы в данный момент времени.

Некоторые из свойств электрона можно рассматривать как своего рода геометрию, но на квантовом уровне. Квантовая геометрия электронов долгое время оставалась загадкой для физиков.

Чтобы измерить квантовую геометрию электронов, ученые решили измерить свойство, известное как квантовый геометрический тензор. Это физическая величина, которая кодирует всю геометрическую информацию квантового состояния, также как двухмерная голограмма кодирует информацию о трехмерном пространстве. Квантовый геометрический тензор также объясняет, как состояние квантовой системы изменяется, когда происходит настройка определенных параметров, таких как магнитное поле или температура.

Физики впервые измерили квантовый геометрический тензор электронов в твердом теле. До этого понимание квантовой формы электронов было возможно только в теории. Понимание квантовой геометрии важно, поскольку оно показывает, как электроны движутся, взаимодействуют и влияют на свойства материала, такие как проводимость, магнетизм и сверхпроводимость.

Для измерения квантовой геометрии электрона физики использовали фотоэмиссионную спектроскопию с угловым разрешением. Этот метод состоит в бомбардировке частицами света, то есть фотонами, твердого материала, чтобы выбить электроны и измерить их свойства.

Фотоны были направлены на квантовый материл, известный как металл кагоме. В данном случае это были кристаллы сплава кобальта и олова. Исследование показало форму и структуру энергетических состояний электронов, и то, как они перемещаются по материалу и взаимодействуют с его кристаллической решеткой.

По словам ученых, они создали метод получения совершенно новой информации об электронах, которую раньше невозможно было получить. Этот метод можно использовать для определения квантовой геометрии электронов в любом квантовом материале.

Физики говорят, что результат их исследования будет иметь некоторые интересные последствия. Например, квантовая геометрию электронов можно использовать для открытия сверхпроводимости в материалах, где она обычно не встречается.

Как уже писал Фокус, в этом году в Китае будет запущен уникальный подземный детектор для обнаружения так называемых призрачных частиц — нейтрино. Триллионы таких частиц каждую секунду пролетают через тело человека, и они таят в себе разгадки некоторых тайн Вселенной.

Также Фокус писал о том, что ученые впервые смогли увидеть волновую природу атомов, что ранее считалось невозможным.

Еще Фокус писал о том, что NASA показало,как выглядят пылевые дьяволы на Марсе. Это особенные пылевые вихри, которые влияют на условия на Красной планете.