Philip W. Anderson amerikai elméleti fizikus már a hetvenes években úgy nyilatkozott, hogy munkájával megpróbálja a "fémek teljes elméletét újraírni". Kutatásai során az részecskék szilárd anyagokban, fémekben való spinjét (perdületét) vizsgálta, elsősorban az úgynevezett rezonáns valencia kötés (RVB) területén, amely az elektronok egy olyan speciális kapcsolatát jelenti, mikoris az egymással érintkezésben álló részecskék perdülete maximálisan összefonódik.

Ezt elsősorban az antiferromágneses anyagok segítségével lehetett volna megfigyelni, de, mivel Anderson 1973-ban kidolgozott modelljének idején még nem lehetett az ő általa leírt anyagot fellelni, ezért a teória háttérbe szorult más kutatások mellett. Egészen 1987-ig, amikor először sikerült felfedezni az antiferromágneses hatást a lantán réz-oxidban (La2CuO4). Ekkor a fizikus felülvizsgálta hipotézisét és újra kezdte vizsgálatait, amelyek a spinonok rejtélyes viselkedését írják le a spin folyadékokban, az anyagnak abban az állapotában, amelyben az elektronok perdülete (ez az elektronok másik jellemzője a töltés mellett) a ferromágneses és antiferromágneses állapottal szemben rendezetlen, de ezt a speciális rendezetlenséget megőrzik nagyon alacsony hőmérsékleten is.

A Mosaic című magazin 1992-es számában Anderson elméletének bemutatásakor az antiferromágneses kötést úgy írták le, mint mikor egy stadionnyi ember sorról sorra egy minta szerint rendeződik: egy ember áll, a szomszédja pedig ül, végig az egész épületben. A rezonáns valencia kötést viszont úgy kell elképzelni, mint mikor ez a minta átalakul: a fél stadion áll, a másik fele ül, de egy-egy pár lehet egymástól távolabb is, akár több sornyira egymástól és időnként felbukkan valaki, aki egyszerre áll és ül, a partnere pedig ugyanezt teszi (rezonál). Az anyagnak ez a kvantum állapota az elektronok olyan tulajdonságával magyarázható, amely a skizofréniához hasonlítható, a részecske ilyenkor úgy tűnik, mintha felbomlana két különálló személyiségre: az egyik hordozza az elektron negatív töltését, míg a másik az elektron perdületét.

A kutató ezt az utóbbi állapotot nevezte spinonnak.

A Princeton Egyetem vezetésével készült új kísérlet során most ezeknek a spinonoknak a létezését sikerült bizonyítani, miközben megfigyelték, hogyan különül el az elektronok spin és töltés állapota. A spin folyadék ebben az esetben ruténiumból, egy könnyű platinafémből és klór atomokból állt, amelyet abszolút nulla fok közelébe, mínusz 273,15°-ra hűtöttek le. Ezen az extrém hideg hőmérsékleten mágneses erő hatására a kristályok átléptek a spin folyadék állapotába. A spinonok jelenlétét a kristály hővezető képességének mérésével bizonyították, ugyanis ezek a speciális részecskék egyfajta oszcilláló mintát hoznak létre a méréseket megjelenítő grafikonon. Ez nem volt egyszerű feladat, mivel a kilengések rendkívül kis méretekben jelentkeznek csak, mint ahogy az egyetem közleményében írják, egy foknak mindössze néhány századnyi eltérése után kellett kutatnia a szakértőknek.

Peter Czajka és Tong Gao, a kísérlet résztvevői három éven át végezték a vizsgálatokat és figyelték az apró jeleket, míg végül egyre jobb felbontásban sikerült a nyomára bukkanni az árulkodó oszcillációknak, amelyek alátámasztották Anderson régi előrejelzését.

"Az emberek ezek után a jelek után kutatnak négy évtizede"

- mondta Nai Phuan Ong, a Princeton fizikaprofesszora - "Ha a felfedezés és a spinon értelmezés megerősítést nyer, az jelentős előrelépés a kvantum spin folyadékok tudományának területén."

(Fotó: Pixabay, GettyImages/sakkmesterke)

További cikkek a témában:

Bizonyították Wigner Jenő sejtését: két párhuzamos valóság jelent meg egy kvantumkísérletben A valóság érzékelése rendkívül szubjektív, részt vesznek benne érzékszerveink, kultúránk és tudásunk, sőt még a véleménybuborékunk is. És ha mindez megtörtént, jön Wigner Jenő, a kvantumfizika, és több párhuzamos valóság, csak hogy ne kényelmesedjünk el.
A valóság leírásához szükség lehet képzeletbeli számokra is Az imaginárius egységek létét még Schrödinger is vitatta, pedig ő volt az, aki belevette őket a kvantumvilág leírásához szükséges egyenletbe. Két új kutatás szerint azonban a képzeletbeli számok valódiak lehetnek.
A szupravezetőkben rejtélyes folyamatok zajlanak - dimenziót váltanak bennük az elektronok Először figyelték meg a kutatók az elektronok szokatlan viselkedését egy szupravezetőben. A vizsgálatok célja, hogy olyan, magasabb hőmérsékleten is működni képes szupravezető anyagot hozzanak létre, amely forradalmasítaná az áramellátás, vagy a Maglev vonatokhoz használt mágnesek technológiáját.