Vedci pozorovali gravitačnú anomáliu na Zemi

Moderná fyzika nás navykla na podivné a protiintuitívne predstavy reality - najmä kvantová fyzika, ktorá je známa tým, že necháva fyzické objekty v podivných stavoch superpozície. Napríklad Schrödingerova mačka, ktorá sa nedokáže rozhodnúť, či je mŕtva alebo živá. Niekedy je však kvantová mechanika rozhodnejšia a dokonca i deštruktívna.

Profesor Dr. Karl Landsteiner, strunový teoretik na Instituto de Fisica Teorica UAM / CSIC a spoluautor práce urobil tento diagram, aby vysvetlil objav.

Symetria sú svätým grálom pre fyzikov. Symetria znamená, že človek môže transformovať objekt určitým spôsobom, ktorý ho necháva nezmenený. Kruhová guľa môže byť napríklad otočená o ľubovoľný uhol, ale vždy vyzerá rovnako. Fyzici hovoria, že je pri rotáciách symetrická. Akonáhle sa zistí symetria fyzikálneho systému, je často možné predpovedať jeho dynamiku. Niekedy však zákony kvantovej mechaniky zničia symetriu, ktorá by mohla pokojne existovať vo svete bez kvantovej mechaniky, teda v klasických systémov. Dokonca aj pre fyzikov to vyzerá tak zvláštne, že tento fenomén nazvali "anomáliou". Počas väčšiny svojej histórie boli tieto kvantové anomálie obmedzené na svet fyziky elementárnych častíc skúmaný v obrovských urýchľovacích laboratóriách, ako je Large Hadron Collider v CERNe vo Švajčiarsku.

Teraz nám však nový typ materiálov, takzvané Weylové polokovy (Weyl semimetals), podobne ako 3D grafén, umožňujú pozorovať anomáliu , ktorá ničí symetriu, v každodenných javoch, ako je vytváranie elektrického prúdu. V týchto exotických materiáloch sa elektróny správajú rovnakým spôsobom ako elementárne častice, ktoré sú študované v urýchľovačoch. Tieto častice majú zvláštnu vlastnosť, že nemôžu ostať v pokoji - musia sa stále pohybovať s konštantnou rýchlosťou. Majú tiež inú vlastnosť nazývanú spin. Je ako malý magnet pripojený k časticiam a vyskytuje sa v dvoch druhoch. Spin môže smerovať alebo v smere pohybu, alebo v opačnom smere.

Vedci pozorujú gravitačnú anomáliu na Zemi

Keď hovoríme o časticiach pravej a ľavej ruky, nazývame túto vlastnosť chiralita. Normálne by dva rôzne druhy častíc, identické s výnimkou chirality (handedness), mali byť spojené s oddelenými symetriami pripojenými k nim a ich počty by boli samostatne zachovávané. Avšak kvantová anomália môže zničiť ich mierové spolužitie a zmeniť ľavostrannú časticu na pravostrannú alebo naopak.

Ako sa píše v článku zverejnenom v magazíne Nature, medzinárodný tím fyzikov, materiálových vedcov a strunových teoretikov pozoroval takýto materiál, účinok najexotickejšej kvantovej anomálie, o ktorej sa doteraz myslelo, že sa spúšťa len zakrivením časopriestoru ako je opísané v Einsteinovej teórii relativity. Ale na prekvapenie tímu zistili, že existuje aj na Zemi vo vlastnostiach materiálov popísaných fyzikou pevných látok, na ktorých je založená veľká časť počítačového priemyslu, od malých tranzistorov až po cloudové dátové centrá. "Po prvýkrát sme na Zemi experimentálne pozorovali túto základnú kvantovú anomáliu, ktorá je mimoriadne dôležitá pre naše pochopenie vesmíru," povedal Dr. Johannes Gooth, vedecký pracovník spoločnosti IBM Research a hlavný autor práce. "Teraz môžeme vytvoriť nové zariadenia z tuhých látok založené na tejto anomálii, ktorá sa nikdy predtým nebrala do úvahy, aby potenciálne obišli niektoré problémy spojené s klasickými elektronickými zariadeniami, akými sú tranzistory."

Nové výpočty, ktoré čiastočne využívajú metódy teórie strún, ukázali, že táto gravitačná anomália je tiež zodpovedná za vytváranie prúdu, ak sa materiál zahrieva súčasne s jeho vložením do magnetického poľa. "Toto je neuveriteľne vzrušujúci objav. Jasne môžeme konštatovať, že rovnaké porušenie symetrie možno pozorovať v každom fyzickom systéme, či už sa to stalo na začiatku vesmíru alebo sa deje dnes, práve tu na Zemi," povedal profesor Dr. Karl Landsteiner, Instituto de Fisica Teorica UAM / CSIC a spoluautor článku. Vedci IBM predpovedajú, že tento objav spustí novú vývojovú horúčku okolo senzorov, prepínačov a termoelektrických chladičov alebo zariadení na zber energie na zlepšenie spotreby energie.

Článok: Experimental signatures of the mixed axial-gravitational anomaly in the Weyl semimetal NbP, Johannes Gooth, Anna C. Niemann, Tobias Meng, Adolfo G. Grushin, Karl Landsteiner, Bernd Gotsmann, Fabian Menges, Marcus Schmidt, Chandra Shekhar, Vicky Süß, Ruben Hühne, Bernd Rellinghaus, Claudia Felser, Binghai Yan, Kornelius Nielsch, DOI: 10.1038/nature23005

Zdroj: www.ibm.com