Квантовая спиновая жидкость: физики открыли новое состояние материи

Физики утверждают, что нашли доказательство существования, теоретически предсказанного еще в 70-х годах прошлого века, нового состояния материя. Оно называется квантовая спиновая жидкость. Данное квантовое явление было обнаружено в материале под названием пирохлорцериевый станнат. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics, пишет Interesting Engineering.

Квантовая спиновая жидкость представляет собой одно из магнитных состояний материй. Это квантовое явление является результатом "жидкого" поведения спинов (собственных моментов импульсов) элементарных частиц при очень низкой температуре. В квантовой спиновой жидкости частицы не располагаются в фиксированном порядке.

Как предсказывает теория, спины частиц могут оставаться в постоянно меняющихся, взаимосвязанных состояниях, которые ведут себя странно, подобно состояниям в квантовой механике. Квантовая спиновая жидкость имеет свойства, которые имитируют взаимодействие света и частиц во Вселенной. Но доказать эту теорию и собственно открыть существование данного состояния материи до сих пор было очень сложно. Но теперь физики смогли это сделать.

Электроны, согласно квантовой механике, имеют спин, а значит ведут себя подобно крошечным стержневым магнитам. Когда электроны взаимодействуют, их спины выравниваются в прямом или противоположном направлении. Но два вида выравнивания могут быть нарушены в некоторых материалах, таких, как пирохлоры.

Это называется магнитной фрустрацией и может привести к условиям, в которых обнаруживаются интересные квантовые явления. В том числе можно обнаружить квантовую спиновую жидкость, говорят физики. Хотя в названии используется слово жидкость, это явление может проявляться в различных состояниях материи, включая твердые тела.

Электроны могут образовывать квантово-механическую суперпозицию, которая приводит к похожей на жидкую связь между спинами электронов, как если бы спины были погружены в жидкость. На квантовом уровне электроны взаимодействуют друг с другом, выпускают и поглощая фотоны, то есть частицы света.

Ученые использовали метод рассеяния нейтронов при наблюдении за материалом под названием пирохлорцериевый станнат и получили данные, которые помогли подтвердить существование квантовой спиновой жидкости.

Достижение ученых закладывает основу для дальнейших открытий в фундаментальной и квантовой физике. Также оно может углубить наше понимание Вселенной и того, как материя работает в самых маленьких масштабах.