Когда физики открывают новые свойства материалов – это подразумевает светлое будущее и новые технологии для всех нас. Сверхпроводники, новые жидкокристаллические дисплеи с низким энергопотреблением, медицинские технологии, которые позволят врачам видеть человеческое тело на молекулярном уровне, бесколесные поезда на магнитных подвесах, которые будут передвигаться на немыслимой скорости – это все примеры того, как открытия новых свойств материалов повлияли на технологии. В настоящее время ученым удалось открыть новое свойство материалов, которое может вывести технологии на новый уровень.
Ученые непрерывно изучают взаимодействие электронов на расстоянии. За последние 25 лет эксперименты с соединением урана, которое охлаждалось почти до абсолютного нуля, были неудачными. Ученые работали с соединением урана, рутения и кремния — URu2Si2, имеющим весьма удобную для изучения кристаллическую решетку. Исследуемый образец охлаждался до -261 градуса Цельсия. Именно здесь начиналось все самое интересное. Переходя в упорядоченное состояние, молекулы выделяли тепло. Долгое время физики не могли объяснить, откуда берется тепло.
Объяснение данному явлению было опубликовано в научном журнале Nature профессорами Пирсом Коулмэном (Piers Coleman), Примелой Чандрой (Premala Chandra) из Ратгерского университета и Ребеккой Флинт (Rebecca Flint) из Массачусетского технологического института.
По их словам, соединение переживает фазовый переход (подобно тому, как вода превращается в лед), но при этом на квантовом уровне наблюдается ранее неизвестное свойство.
Мы уже упоминали, что физики постоянно находятся в процессе изучения взаимодействия электронов, чтобы находить новые материалы с самыми экзотическими свойствами, такими как сверхпроводимость. К примеру, на прошлой неделе ученые заявили об открытии новых электронных свойств и создании нового типа солнечных батарей благодаря методу компьютерного моделирования.
Для новых физических свойств характерны нарушения в физической симметрии. Если повернуть сферу вокруг своей оси, она будет выглядеть одинаково, но если повернуть куб таким же образом, то он выглядит одинаково лишь при каждом повороте на 90 градусов. Таким образом, при вращении куба непрерывная симметрия нарушается.
Магниты являются ярким примером нарушенной симметрии, но это сложно представить, так как они нарушают то, что физики называют T-симметрией (симметрия по отношению к «обращению времени»). Это предположение, что движение частиц похоже на перемещение во времени. Господин Коулмэн объясняет это следующим образом:
«Если запустить фильм в обратном направлении, то направление магнитного поля также изменится. Вы должны обратить время дважды, чтобы вернуть его в исходное состояние».
В ходе снижения температуры с соединением урана происходило то, что ученые окрестили «нарушением двухсторонней симметрии по отношению к обращению времени», – это в два раза сложнее, чем пример с магнитами. Ученые назвали данное свойство «Хастатический порядок» (hastatic order). Слово Hastatic в переводе с древней латыни означает «Копье», которое напоминают частицы в упорядоченном состоянии. К сожалению, на данный момент нет машин времени, чтобы проверить данную теорию, но сведения о данных частицах от нескольких коллайдеров в США и Японии ее подтверждают. Это вроде как найти квадратный корень из –1: он технически не существует, но математически – это помогает решать всевозможные проблемы.
«Оказывается, что в природе есть два типа частиц. Частицы одного типа имеют свойство возвращать все на круги своя, когда вы хотите обратить их во времени. Другие возвращаются к исходному состоянию только в том случае, если их обратить дважды»,
– сказал Пирс Коулмэн.
Ресурс Ars Technica поспешил предоставить свое видение:
«Новая теория порядка, в которой спин электрона играет важную роль, характеризуется нарушением двухсторонней симметрии по отношению к обращению времени и показывает четырехстороннюю симметрию по отношению к обращению времени».
Что даст нам это новое свойство?
«Это все равно, что спросить Майкла Фарадея (Michael Faraday) как его новая работа по электромагнетизму повлияет на паровые двигатели. Мы находимся где-то в середине квантовой революции. Потребовалось 200 лет, чтобы понять классическую механику. Квантовая механика зародилась только 100 лет назад, но даже сейчас есть закономерности, которые мы начинаем осознавать»,
– сказал Коулмэн. Остается надеяться, что скором времени нас ждет телепортация, путешествия во времени и больше лазеров.
Источник: Theverge.com
