Цяо Ганг-Вен и схематичное изображение вещества с квантово запутанными частицами.
В любом школьном учебнике сказано, что вещество бывает в трех состояниях: твердое тело, жидкость и газ. Иногда упоминается четвертое состояние - плазма, а иногда отдельно выделяют стекло, у которого нет кристаллической решетки; в любом случае, эта классификация неполна - в новой систем канадских физиков речь идет о сотнях состояний.
Показать неполноту четырех состояний вещества можно даже не обращаясь к экзотическим материям вроде кварк-глюонной плазмы или нейтронной коры на поверхности погасших звезд. Прямо перед вашими глазами сейчас жидкие кристаллы, которые ведут себя отчасти как жидкость, а отчасти как твердое тело. Куда деть их - записать в твердые тела или в жидкости? А ведь есть еще квазикристаллы, за которые в прошлом, 2011, году дали Нобелевскую премию - в квазикристаллах атомы сложены мозаикой, ни один из кусков которой не повторяет другой, причем это вовсе не аморфное тело с полным отсутствием упорядоченности.
Про то, что твердые тела можно покрошить до сыпучего состояния, и говорить нечего - формально, это уже не новое состояние вещества, так как отдельные крупинки все-таки сохраняют свою твердость. Неньютоновские жидкости, которые под давлением не текут, а бьются, тоже не рассматриваем, пусть они будут в одном семействе с жидкостью. А вот разные кристаллические решетки из одного элемента уже интересны тем, что для их описания физиками (при участии знаменитого Льва Ландау) придуман весьма изящный метод с использованием понятия симметрии - в модели Ландау переход от одной решетки к другой (так называемый фазовый переход) связан с изменением порядка симметрии. Каждому состоянию овтечает какой-то определенный уровень симметрии, причем в кристалле он очевидным образом выше, чем в жидкости. Кристалл NaCl, например, представляет собой ровную кубическую решетку, ее можно и крутить, и отражать, и смещать в любом направлении с наложением на саму себя.
В 1937 году Ландау создал свою теорию, а почти через 50 лет ученые нашли ряд систем, в которых несколько разных состояний характеризуется одинаковой симметрией... различия между ними обусловлены уже не другим расположением частиц в пространстве, а другой картиной квантовых связей между ними, другим рисунком запутанности. Да, это вполне официальный термин, который появился опять-таки еще в 1930-х годах и до тех же 1980-х не получал широкого распространения.
Запутанными частицами ученые называют такую их комбинацию, в которой параметры одного компонента связанны с параметрами другого. И даже одинаковые с виду структуры могут отличаться тем, какая частица с какой связана... соответственно, они будут в разных состояниях, это формально разные состояния вещества! Группе Цяо Ганг-Вена, сотрудника канадского института Периметра, удалось создать математическую классификацию подобных состояний, насчитать их несколько сотен и, что самое важное, предсказать способы их получения.
Получать экзотические состояния материи, которые внешне кажутся не отличимы друг от друга по положению атомов, важно потому, что запутанные частицы привлекают внимание исследователей как потенциальные элементы квантовых компьютеров. Теоретические основы которых связаны именно с запутанностью, сверхпроводниками, так называемыми топологическими изоляторами (ток течет только по поверхности, а внутри вещество типичный изолятор; не путать со скин-эффектом, это совершенно иное) и прочей физикой, которая пока что не попадает регулярно на страницы СМИ - в отличие от какого-нибудь бозона Хиггса.
