Експериментите, използващи лазерна светлина и парчета сив материал с големина на ноктите, могат да дадат улики в основен научен пъзел: Каква е връзката между ежедневния свят на класическата физика и скрития квантов свят, който се подчинява на напълно различни правила?
„Открихме конкретен материал, който се намира между двете“, казва Питър Армитаж, доцент по физика в университета „Джон Хопкинс“, публикувал работата си в списанието Nature. Шест учени от университета Джон Хопкинс и Рутгерс работят върху материали, наречени топологични изолатори, които могат да провеждат електричество на повърхността им с дебелина на атома, но не и вътре.
Топологичните изолатори са прогнозирани през 80-те години на миналия век, за първи път открити през 2007 г. и оттогава активно се изучават. Съставени от стотици елементи, тези материали могат да проявяват квантови свойства, които обикновено се появяват само на микроскопично ниво, но все още остават видими с просто око.
Експериментите, за които Science е писала, поставят тези материали в отделно материално състояние, което "проявява макроскопични квантово-механични ефекти", казва Армитаж. „Обикновено мислим за квантовата механика като теория за малките неща, но в тази система квантовата механика се проявява при макроскопични мащаби на дължината. Експериментите станаха възможни благодарение на уникалното оборудване, разработено в моята лаборатория."
Като част от експериментите, проби от тъмносив материал, направени от елементи на бисмут и селен - всеки с дължина няколко милиметра и с различна дебелина - бяха поразени от терахерц светли лъчи, които са невидими с просто око. Изследователите измерват отразената светлина, докато пътува през материалните проби и откриват отпечатъци на квантовото състояние на материята.
По-конкретно, те откриха, че когато светлината преминава през материала, вълната проявява характеристики, свързани с физични константи, които обикновено се измерват само в експерименти с атомна скала. Тези свойства са в съответствие с прогнозите, направени за квантовото състояние.
Тези резултати задълбочават разбирането на топологичните изолатори и могат също да допринесат за развитието на друга област, която Армитаж нарича „централен въпрос на съвременната физика“. Каква е връзката между макроскопичния класически свят и микроскопичния квантов свят, от който произтича първият?
От началото на 20 век учените се опитват да разберат как един набор от физически закони, управляващи обекти, по-големи от определен размер, може да съществува съвместно с друг набор от закони, управляващи атомните и субатомните скали. Как класическата механика произлиза от квантовата механика и къде е прагът, който разделя тези сфери?
Промоционално видео:
На тези въпроси остава да се отговори, но топологичните изолатори може да са част от решението.
"Това е част от пъзела", казва Армитаж.
ИЛЯ КХЕЛ