Исследовательская группа из Национальной лаборатории Ок-Ридж американского Министерства энергетики при помощи сложных методов рассеиваний нейтронов смогла обнаружить в среде условно двухмерного материала «неуловимое» квантовое состояние материи, называемое амплитудным состоянием Хиггса (Higgs amplitude mode). Материя в этом состоянии родственна материи, состоящей из бозонов Хиггса, легендарной элементарной частицы, существование которой было обосновано теоретически в 1960-х годах и которая была обнаружена только в 2012 году.
Исследовательская группа выбрала кристалл, состоящий из бромистого меди — потому что ион меди идеально подходит для изучения экзотических квантовых эффектов — наблюдать неуловимый режим амплитуды Хиггса в двух измерениях. Образец исследовали на пучках трехосевых спектрометров холодного нейтрона для нейтронного рассеяния на изотопном реакторе с высоким потоком.
© Genevieve Martin, Oak Ridge National Laboratory/Dept. of Energy
Амплитудное состояние Хиггса — это особый вид коллективного поведения частиц материи, взаимодействующих на квантовом уровне. А изучение этого состояния может дать в руки ученых множество новой информации, затрагивающей вопросы формирования в материи квазичастиц различных типов. А с практической точки зрения полученная информация позволит использовать экзотические квантовые эффекты в некоторых передовых технологиях, в спинтронике, к примеру.
Для обнаружения амплитудного состояния Хиггса в материи исследователи использовали метод, отличающийся от тех, которые применялись во время предыдущих попыток. В качестве объекта изучения был выбран кристалл бромида меди из-за того, что ионы меди являются идеальными инструментами для изучения квантовых эффектов. А для усиления квантовых эффектов образцы исследуемого материала были заморожены до температуры в 1.4 Кельвина.
В эксперименте по рассеянию нейтронов образец, содержащий ионы меди, проявлял экзотические квантовые свойства, поскольку некоторые квазичастицы вращаются в волнообразной конфигурации, в конечном счете обнаруживая амплитудный режим Хиггса
© Oak Ridge National Laboratory/Dept. of Energy
После охлаждения материала исследователи очень долго подбирали условия эксперимента, при которых состояние квантовых частиц не приблизилось к фазе, расположенной в районе так называемой квантовой критической точки, места, в котором квантовые эффекты проявляются с максимальной степенью и распространяются в материале на максимальную длину, предоставляя ученым возможность наблюдать за этими эффектами.
Затем материал был подвергнут облучению нейтронами, полученными при помощи источника High Flux Isotope Reactor. А рассеивание нейтронов в среде исследуемого материала позволило ученым увидеть стабильное амплитудное состояние Хиггса, в котором материя находилась в течение всего эксперимента. Данные, полученные в ходе эксперимента, обеспечат новые возможности для проникновения в суть некоторых фундаментальных физических теорий, определяющих некоторые экзотические состояния материи, включая сверхпроводимость, волновое распространение плотности электрических зарядов и антиферромагнетизм.
По материалам Phys.org
Источник: dailytechinfo.org
