أول إدراك على الإطلاق لدولة لافلين

أدركت الذرات شديدة البرودة التي تم معالجتها بواسطة الليزر حالة لافلين ، وهي سائل كمي غريب حيث ترقص كل ذرة حول متجانساتها. الائتمان: ناثان جولدمان

كشف اكتشاف تأثيرات القاعة الكمومية خلال الثمانينيات عن أشكال جديدة من المادة تسمى “حالات لافلين” ، والتي سميت على اسم الأمريكي الحائز على جائزة نوبل الذي ميزها بنجاح نظريًا.

تظهر هذه الحالات الغريبة بشكل فريد في المواد ثنائية الأبعاد ، في ظل ظروف شديدة البرودة ، وعندما تتعرض لمجال مغناطيسي قوي للغاية. في حالة لافلين ، تشكل الإلكترونات سائلًا غير عادي ، حيث يرقص كل إلكترون حول متجانساته مع تجنبها قدر الإمكان.

إن إثارة مثل هذا السائل الكمي يولد حالات جماعية يربطها الفيزيائيون بالجسيمات الوهمية ، التي تختلف خصائصها اختلافًا جذريًا عن الإلكترونات: هذه “الأيونات” تحمل شحنة كسرية (جزء من الشحنة الأولية) وتتحدى بشكل مفاجئ التصنيف القياسي للجسيمات من حيث البوزونات أو الفرميونات.

لسنوات عديدة ، استكشف الفيزيائيون إمكانية تحقيق حالات لافلين في أنواع أخرى من الأنظمة غير تلك التي توفرها مواد الحالة الصلبة ، في ضوء مزيد من التحليل لخصائصها الخاصة. ومع ذلك ، أثبتت المكونات المطلوبة (الطبيعة ثنائية الأبعاد للنظام ، والمجال المغناطيسي الشديد ، والارتباطات القوية بين الجسيمات) أنها صعبة للغاية.

الكتابة طبيعة، اجتمع فريق دولي حول المجموعة التجريبية لماركوس جرينير في هارفارد عن أول إدراك لحالة لافلين باستخدام ذرات متعادلة شديدة البرودة يتم معالجتها بواسطة الليزر.

تتكون التجربة من حبس بضع ذرات في صندوق بصري ، وفي تنفيذ المكونات المطلوبة لإنشاء هذه الحالة الغريبة: مجال مغناطيسي تركيبي قوي وتفاعلات قوية منفر بين الذرات.

في مقالهم ، يكشف المؤلفون عن الخصائص المميزة لحالة لافلين من خلال تصوير الذرات واحدة تلو الأخرى من خلال مجهر غاز كمومي قوي. إنها تُظهر “الرقص” الغريب للجسيمات ، التي تدور حول بعضها البعض ، بالإضافة إلى الطبيعة الجزئية لحالة لافلين الذرية المحققة.

يفتح هذا المعلم الباب أمام مجال جديد واسع لاستكشاف دول لافلين وأبناء عمومتها (على سبيل المثال ، ما يسمى بحالة مور-ريد) في المحاكيات الكمومية. إن إمكانية إنشاء وتصوير ومعالجة أي أحجار تحت مجهر الغاز الكمومي جذابة بشكل خاص ، في ضوء استغلال خصائصها الفريدة في المختبر.

المرجع: “تحقيق حالة القاعة الكمية الكسرية مع الذرات شديدة البرودة” بقلم جوليان ليونارد ، وسوشين كيم ، وجويس كوان ، وبيرين سيغورا ، وفابيان جروسدت ، وسيسيل ريبلين ، وناثان جولدمان ، وماركوس جرينير ، 21 يونيو 2023 ، طبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-023-06122-4