Tim znanstvenika sa Sveučilišta Massachusetts je objavio otkriće nove faze tvari koju su nazvali kiralna bodova tekuća faza. Saznanja su objavili u časopisu Nature, a smatra se kako ovo otkriće otvara put ka boljem razumijevanju prirode fizičkog svijeta.
Gotovo svi znaju da tvar postoji u tri osnovna oblika, čvrsto, tekuće, i plinovito. No ako bi krenuli van normalnih uvjeta, kao naprimjer pri temperaturama koje se približavaju apsolutnoj nuli, ili redu veličine ispod atoma, svijet izgleda vrlo drugačije. Kako navodi jedan od autora studije, tek u rubnim uvjetima možete otkriti kvantna stanja koja odstupaju od klasične tripartitne podjele.
Sedrakjan, jedan od voditelja istraživanja, je godinama istraživao takozvana divlja kvantna stanja te je preokupiran idejom koju fizičari nazivaju kinetička frustracija u snažno interagirajućoj kvantnoj materiji.
Uobičajeno je da se čestice u svakom sustavu sudaraju jedna s drugom i pritom uzrokuju predvidljive efekte, poput biljarskih kugli koje se sudaraju i onda reagiraju u predvidivom uzorku. Drugim riječima, efekti i čestice reagiraju jedni na druge. No u frustriranom kvantnom sustavu postoji beskonačno mnogo mogućnosti koje proizlaze iz interakcije čestica – tako je, recimo sasvim moguće da biljarska kugla levitira ili odleti pod nemogućim kutom – i neke od tih beskonačnih mogućnosti mogu dovesti do novih kvantnih stanja.
Ono što su Sedrakjan i kolege napravili jest stroj koji potiće takvu frustraciju. Sastavljen je od dva sloja poluvodiča. Gornji sloj je bogat elektronima koji se slobodno kreću, dok je donji sloj ispunjen prazninama, odnosno udubinama u kojima se lutajući elektron može smjestiti. Zatim su ta dva sloja dovedena izuzetno blizu jedan drugome – između atoma.
Da su broj elektrona u gornjem sloju i rupa u donjem sloju jednaki, očekivalo bi se da se čestice ponašaju na koreliran način. No, znanstvenici su dizajnirali donji sloj tako da postoji lokalna neravnoteža između broja elektrona i rupa u donjem sloju, nešto slično igri stolica iz škole, gdje postoji manji broj stolica nego ljudi. Umjesto da svaki elektron ima jednu stolicu na koju ide, sada se moraju žuriti i imaju mnogo mogućnosti gdje će sjesti.
Ta frustracija pokreće novu kiralnu fazu, koja pokazuje nekoliko iznenađujućih karakteristika. Na primjer, ako se kvantna tvar u kiralnom stanju ohladi do apsolutne nule, elektroni se zamrzavaju u predvidljivom uzorku, a neutralne nabojne čestice će se okretati u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od kazaljke na satu.
Čak i ako druga čestica udari u elektron ili ako se uvede magnetsko polje, rotaciju nije moguće promijeniti. Model je iznenađujuće robusan te se može koristiti za kodiranje digitalnih podataka na način koji je gotovo u potpunosti otporan na pogreške.
Još i više je znanstvenike iznenadilo kad su uvidjeli što se događa kada se vanjska čestica sudari sa česticom u kiralnoj rubnoj fazi. U normalnim uvjetima biste očekivali da će svih osam kugli zapoćeti kretanje kada ih udari bijela kugla. No ako su biljarske kugle u kiralnoj tekućoj fazi, sve će reagirati na potpuno isti način kada se bilo koja kugla udari. Taj učinak je posljedica dugodometne kvantne povezanosti prisutne u ovom kvantnom sustavu.
Ovo otkriće ima značajne konotacije jer će omogućiti daljnje istraživanje kiralnih stanja te sigurno pridonijeti novim spoznajama o prirodi tvari u uvjetima koji ne postoje na Zemlji, ili možda preciznije, ne postoje u dovoljnim količinama da bi se mogli slobodno promatrati.
