Електрони в одномірної ланцюжку атомів можна розкласти на три квазічастинки — орбитон, спинон і холон

Індивідуальні (ізольовані) електрони вважаються елементарними частинками, тобто їх не можна розкласти на складові. Однак у 80-х роках минулого століття радянські фізики-теоретики пророкували, що електрони в одномірної ланцюжку атомів можна розкласти на три квазічастинки — орбитон, спинон і холон.

Холон відповідає за заряд електрона, спинон визначає його спін, а орбитон – орбітальне положення.

«Ці квазічастинки можуть рухатися в матеріалі з різною швидкістю і навіть у різних напрямках», — додає професор Йероэн ван ден Брінк (Jeroen van den Brink) з німецького Інституту конденсованого стану матеріалів (IFW).

Таке нелогічне з точки зору класичної фізики явище можливо через хвильової природи електронів в атомі.

«Коли ми порушуємо електрон, він розділяється на кілька хвиль, кожна з яких несе свою характеристику електрона. Але поза матеріалу вони не можуть існувати незалежно», — пояснює професор.

Провести такий експеримент складно, перш за все, з технічної точки зору. Щоб зафіксувати те, що відбувається, необхідно було вловити вкрай мале зміна енергії пучка фотонів.

У 1996 році фізики вперше розклали електрон на холон й спинон. Нещодавно ван ден Брінк і його колеги домоглися поділу електрона на орбитон і спинон.

Для цього вчені направили пучок рентгенівських фотонів на електрон в одновимірному зразку купрата стронцію (Sr2CuO3). Кванти світла електромагнітного випромінювання перевели електрон в збуджений стан, він перейшов на більш високий енергетичний рівень (іншу орбіталь атома), при цьому частина енергії фотонів поглотилась.

Потім потік фотонів повертається на детектори. Вчені визначають їх кількість, енергію, імпульс, порівнюють отримані дані з комп’ютерними моделями.

Так з’ясувалося, що, коли фотони втрачали енергію в діапазоні від 1,5 до 3,5 електронвольт, спектр пучка виходив схожим на той, що був побудований в ході комп’ютерного моделювання процесу поділу електрона на орбитон і спинон, що рухаються в матеріалі в протилежних напрямках.

Таким чином, фізики вперше отримали експериментальне підтвердження поділу елементарної частинки на ці квазічастинки, а також вперше «зловили» третій компонент — орбитон.

Дослідники вважають, що їх відкриття допоможе зрозуміти природу високотемпературної надпровідності.

Існує гіпотеза, що саме рух орбитонов визначає це вкрай важливе для практичного застосування властивість матеріалів. Тепер з’явилася можливість перевірити це припущення.

Ще одне потенційне застосування цього відкриття — створення квантових комп’ютерів. Використання квантових властивостей частинок на відміну від класичних дозволить проводити розрахунки швидше – орбітальні переходи займають фемтосекунды (10-15)! Працювати з інформацією можна буде на рівні спинонов і орбитонов.

Залишилося всього нічого «поділити електрон на всі три компоненти одночасно», — підводить підсумок професор ван ден Брінк.

vesti.ru

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *