สล็อตเว็บตรง แตกง่าย และที่นี่คุณคิดว่ามีเพียงของแข็ง ของเหลว และก๊าซ BY โซฟี บุชวิค | เผยแพร่เมื่อ 5 เมษายน 2016 02:48 น ศาสตร์แบ่งปัน
40 ปีที่แล้ว นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีทำนายว่าวัสดุแม่เหล็กบางชนิดสามารถเข้าสู่สภาวะแปลกประหลาดที่อิเล็กตรอนของพวกมันจะแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ตอนนี้นักวิจัยได้สังเกตอิเล็กตรอนที่เป็นเศษส่วนเหล่านี้ในวัสดุสองมิติ ซึ่งพิสูจน์ว่าของเหลวหมุนควอนตัมที่เรียกว่ามีอยู่จริง
ของเหลวสปินควอนตัมเป็นสภาวะแปลกใหม่ของสสารที่อิเล็กตรอนแตกตัวเป็นอนุภาคสี่ส่วนที่เรียกว่าMajorana fermions ในบทความฉบับใหม่ที่ตีพิมพ์ในNature Materialsในสัปดาห์นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษา alpha ruthenium chloride ซึ่งเป็นวัสดุสองมิติที่มีโครงสร้างแบบรังผึ้ง พวกเขาใช้เทคนิคที่เรียกว่าการกระเจิงนิวตรอน: กระดอนกลุ่มนิวตรอนออกจากวัตถุแล้วดูรูปแบบที่พวกมันก่อตัวขึ้น
ถ้าอัลฟ่า รูทีเนียม คลอไรด์อยู่ในสถานะปกติ
นิวตรอนก็จะสร้างรูปแบบของเส้นที่แหลมคม แต่ของเหลวสปินควอนตัมตามทฤษฎีจะสร้างรูปแบบที่แตกต่างออกไป ในความเป็นจริง ในปี 2014 หนึ่งในผู้เขียนร่วมของบทความฉบับปัจจุบันคาดการณ์ว่าของเหลวสปินควอนตัมจะสร้างรูปแบบของเส้นโค้งกว้าง และนั่นก็ตรงกับสิ่งที่นักวิจัยเห็นในการทดลอง
การค้นพบนี้ทำให้เกิดคำถามที่สับสน ของเหลวหมุนควอนตัมคืออะไรและเปรียบเทียบกับของเหลวเหลวอย่างไร คุณจะแยกอนุภาคพื้นฐานเช่นอิเล็กตรอนออกเป็นชิ้น ๆ ได้อย่างไร? ยินดีต้อนรับสู่อาณาจักรควอนตัมที่น่ากลัว มาทำลายสิ่งนี้กัน สไตล์ถาม & ตอบ
ของเหลวหมุนควอนตัมคืออะไร?
สสารสามารถอยู่ในสถานะต่างๆ ได้—ก้อนน้ำแข็ง แก้วน้ำ และไอน้ำจากกาต้มน้ำล้วนเป็น H 2 O ทุกรูปแบบ แต่สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงสภาวะที่เราเห็นบ่อยที่สุดในชีวิตประจำวันเท่านั้น ภายใต้เงื่อนไขบางประการ สสารอาจมีรูปแบบและพฤติกรรมที่แปลกประหลาดกว่า
หนึ่งในสถานะที่แปลกใหม่กว่านั้นเรียกว่าของเหลวสปินควอนตัม อิเล็กตรอนทั้งหมดมีลักษณะที่เรียกว่าสปินซึ่งสามารถขึ้นหรือลงได้ ในบางสถานะของสสาร สปินเหล่านี้จัดแนวและชี้ไปในทิศทางเดียวกัน และโดยทั่วไป เมื่อคุณทำให้วัสดุเย็นลง สปินของอิเล็กตรอนจะเริ่มเรียงตัวกันมากขึ้นเรื่อยๆ แต่ในของเหลวหมุนของควอนตัม ไม่มีการจัดเรียงตัวเลย และอิเล็กตรอนอยู่ในสภาวะที่ไม่ปกติ
ความผิดปกตินั้นคือสาเหตุที่เรียกว่าของเหลว—โมเลกุลในของแข็งถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ ในขณะที่โมเลกุลในของเหลวจะหลอมรวมกันอย่างไม่เป็นระเบียบ แต่ในขณะที่การทำให้ของเหลวเย็นลงจะทำให้ของเหลวกลายเป็นของแข็ง การทำให้ของเหลวหมุนควอนตัมเย็นลงดูเหมือนจะไม่ลดความผิดปกติของอิเล็กตรอน
นั่นเป็นเพราะว่าสปินไม่เพียงแต่ชี้ไปในทิศทางที่แตกต่างกันเท่านั้น แต่ยังโต้ตอบซึ่งกันและกันอีกด้วย ทำให้อิเล็กตรอนมีพฤติกรรมเหมือนเศษส่วนของอิเล็กตรอน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกมันทำตัวเหมือนอนุภาคประหลาดที่เรียกว่า Majorana fermion
“เอตโตเร
Ettore Majorana
นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอิตาลี Ettore Majorana กล่าวถึงการมีอยู่ของ Majorana fermions ในปี 1937
และ Majorana fermions คืออะไร?
โดยปกติ ปฏิสสารของอิเล็กตรอนที่ตรงข้าม
กันคือแอนติอิเล็กตรอนและคู่ปฏิสสารของโปรตอนคือแอนติโปรตอน ซึ่งหมายความว่าเมื่ออิเล็กตรอนชนกับแอนติอิเล็กตรอนหรือโปรตอนชนกับแอนติโปรตอน อนุภาคทั้งสองจะทำลายล้าง สิ่งเหล่านี้เรียกว่าปฏิปักษ์ ในปี 1937 นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Ettore Majorana เสนอว่าอาจมีอนุภาคที่เป็นปฏิปักษ์ของมันเอง นั่นคือ Majorana fermion Majorana fermion สามารถทำลาย Majorana fermion อีกตัวหนึ่งได้—มันเป็น Anti-Twin ของมันเอง เจ๋งใช่มั้ย?
Majorana fermions มาจากไหน?
อิเล็กตรอนสามารถแตกตัวเป็นกรดมารานาน่า
มันไม่สมเหตุสมผลเลย! อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคพื้นฐาน คุณไม่ควรแยกพวกมันออกเป็นชิ้นที่เชื่อมโยงกัน
จริง. แต่ในวัสดุบางอย่าง เมื่ออิเล็กตรอนหมุนมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน อิเล็กตรอนจะมีพฤติกรรมราวกับว่าพวกมันแตกออกเป็นส่วนประกอบที่เล็กกว่า ดังนั้น ในการทำนายทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำ จะสะดวกต่อการรักษาชิ้นส่วนอิเล็กตรอน หรือที่เรียกว่า Majorana fermions เหมือนอนุภาคจริง แต่ในทางเทคนิค พวกมันเป็นเพียงโครงสร้างทางทฤษฎีที่ใช้อธิบายพฤติกรรมของระบบที่ซับซ้อนมาก นั่นเป็นสาเหตุที่เรียกว่าquasiparticles
เดี๋ยวก่อน quasiparticles ไม่มีจริงเหรอ?
มันเป็นแนวคิดที่มีประโยชน์ ที่เราสามารถใช้เพื่อสร้างแบบจำลองระบบที่ซับซ้อนได้ จริงอยู่ คุณจะไม่สามารถหยิบ Majorana fermion ด้วยแหนบแล้วพูดว่า “Aha, there is.” แต่สมมติว่ามี Majorana fermions อยู่ ช่วยให้คุณทำนายพฤติกรรมของระบบอย่างเช่นของเหลวหมุนควอนตัมได้อย่างแม่นยำ แค่…อย่าคิดมาก
ดังนั้นสำหรับการทดลองนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้คาดการณ์ตามสมมติฐานที่ว่า Majorana fermions มีอยู่จริง
อย่างแน่นอน. ในปี 2014 นักวิจัยคาดการณ์ในทางทฤษฎีว่านิวตรอนจะกระจายออกจากระบบที่มี Majorana fermions ได้อย่างไร และเมื่อพวกเขาทำการกระเจิงนิวตรอนบนของเหลวสปินควอนตัมจริง ๆ ผลการทดลองก็ตรงกับการทำนาย
สมองของฉันเจ็บ เวอร์ชัน tl; dr คืออะไร
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบหลักฐานการทดลองเกี่ยวกับสถานะของสสารที่เรียกว่าของเหลวหมุนควอนตัม ซึ่งมีอนุภาคควอซิเพิลที่เรียกว่า Majorana fermions การค้นพบนี้เป็นการยืนยันทฤษฎีอายุ 40 ปี และให้นักวิจัยมีข้อมูลเป้าหมายที่จะพิจารณาเมื่อพวกเขากำลังพยายามค้นหาสสารในสถานะของเหลวสปินควอนตัม ซึ่งสามารถช่วยนักวิจัยที่ศึกษากลศาสตร์ควอนตัม สมมาตรยิ่งยวด และการนำยิ่งยวด อ้อ และ Majorana fermions ก็สามารถนำมาใช้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้เช่นกัน สล็อตเว็บตรง แตกง่าย
