تم اكتشاف حالة جديدة غريبة من المادة عن طريق سحق الجسيمات دون الذرية في بلورة فائقة الكثافة
اكتشف الفيزيائيون حالة جديدة غريبة من المادة تأخذ شكل بلورة عالية الترتيب من الجسيمات دون الذرية. الحالة الجديدة للمادة ، المسماة “عازل بوزوني مترابط” ، يمكن أن تؤدي إلى اكتشاف العديد من الأنواع الجديدة من المواد الغريبة المصنوعة من مادة مكثفة ، وفقًا للباحثين ، الذين قاموا بتفصيل نتائجهم في دراسة نُشرت في 11 مايو في مجلة Science. .
يمكن فصل الجسيمات دون الذرية إلى فئتين: الفرميونات والبوزونات. تتمثل الاختلافات الأساسية بين الاثنين في كيفية دورانهما وكيفية تفاعلهما مع بعضهما البعض.
غالبًا ما يُنظر إلى الفرميونات ، مثل الإلكترونات والبروتونات ، على أنها لبنات بناء المادة لأنها تشكل الذرات ، وتتميز بتدويرها نصف الصحيح. لا يمكن أن تشغل فرميونان متماثلان نفس المساحة في نفس الوقت.
من ناحية أخرى ، تحمل البوزونات القوة – مثل الفوتونات أو حزم الضوء – ويُعتقد أنها غراء الكون ، وتربط معًا القوى الأساسية للطبيعة. تحتوي هذه الجسيمات على عدد صحيح يدور ، ويمكن أن توجد بوزونات متعددة في نفس المكان في نفس الوقت.
متعلق ب: يخلق الفيزيائيون حالة جديدة من المادة من حساء كمي من جسيمات غريبة مغناطيسيًا
“يمكن للبوزونات أن تشغل نفس مستوى الطاقة ؛ الفرميونات لا تحب البقاء معًا” ، هذا ما قاله المؤلف الرئيسي للدراسة تشينهاو جين، عالم فيزياء المادة المكثفة في جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا ، قال في أ إفادة. “معًا ، هذه السلوكيات تبني الكون كما نعرفه.”
ولكن هناك حالة يمكن أن يتحول فيها فرميونان إلى بوزون: إذا تم تأمين إلكترون سالب الشحنة إلى “ثقب” موجب الشحنة في فيرميون مختلف ، فإنه يشكل جسيمًا بوزونيًا يعرف باسم “الإكسيتون”.
لمعرفة كيفية تفاعل الإكسايتونات مع بعضها البعض ، وضع الباحثون طبقة شبكية من ثاني كبريتيد التنجستن فوق شبكة مماثلة من ديسيلينيد التنجستن في نمط متداخل يسمى تموج في النسيج. بعد ذلك ، قاموا بتسليط شعاع قوي من الضوء عبر المشابك – وهي طريقة تُعرف باسم “التحليل الطيفي لمسبار المضخة”. دفعت هذه الظروف الإكسيتونات معًا إلى أن أصبحت معبأة بكثافة بحيث لم تعد قادرة على الحركة ، مما أدى إلى خلق حالة بلورية جديدة متناظرة بشحنة محايدة – عازل مترابط بوزوني.
قال جين: “بشكل تقليدي ، بذل الناس معظم جهودهم لفهم ما يحدث عندما تضع العديد من الفرميونات معًا”. “الدافع الرئيسي لعملنا هو أننا صنعنا مادة جديدة من البوزونات المتفاعلة.”
قال الباحثون إن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنشاء هذه الحالة الجديدة للمادة في نظام مادة “حقيقي” ، على عكس الأنظمة التركيبية ، مما يوفر رؤية جديدة لسلوك البوزونات. علاوة على ذلك ، يمكن للطرق التي استخدمها الفريق لاكتشاف هذه الحالة الجديدة للمادة أن تساعد العلماء في إنشاء أنواع جديدة إضافية من المواد البوزونية.
قال جين: “نحن نعلم أن بعض المواد لها خصائص غريبة للغاية”. “وأحد أهداف فيزياء المادة المكثفة هو فهم سبب امتلاكها لهذه الخصائص الغنية وإيجاد طرق لجعل هذه السلوكيات تظهر بشكل أكثر موثوقية.”
