פיזיקאים גילו שלב קוונטי חדש של החומר

מדענים ממכון טוקיו למדע גילו "נזילות-על פרמיונית מיוחדת" יציבה – שלב קוונטי חדש של חומר שבו יחודיות מיוחדות הנקראות נקודות מיוחדות הן תכונה מהותית של המדינה עצמה. העבודה פורסמה בכתב העת Physical Review Letters (PRL).

המחקר של המחברים מוקדש למערכות קוונטיות פתוחות, שבהן עלולים להתרחש אובדן חלקיקים ואסימטריה בכיוון תנועתם. מערכות כאלה מתוארות על ידי מודלים לא-הרמיטיאנים שבהם מופרים החוקים הרגילים של מכניקת הקוונטים. מופיעות בהם נקודות מיוחדות – מצבים שבהם רמות האנרגיה והמצבים הקוונטיים התואמים מתמזגים בו זמנית. בעבר, האמינו שנקודות כאלה מופיעות רק בגבולות של מעברי פאזה, כגון במהלך ההרס של מצב העל-נוזל.

פיזיקאים הראו שזה לא כך. על ידי לימוד גרסה לא-הרמיטיאנית של מודל האברד הגרביטציוני עם הפרה של עקביות ספין זוגית, הם גילו שלב נוזלי יציב שבו המוזרויות קיימות לנצח. לדברי מנהיג הפרויקט ופרופסור חבר Akihisa Koga, שלב זה מאופיין לא רק בפרמטר סדר סופי אלא גם בנקודות מיוחדות שנוצרו במרחב המומנטום, המבדילים אותו בעצם ממצבי על-נוזל לא-הרמיטיאנים ידועים בעבר.

מנגנון המפתח מתברר כצורה מיוחדת של פיזור, שבה חלקיקים בעלי ספינים מנוגדים מעדיפים לנוע בכיוונים שונים. במקום להרוס את זוגות קופר, הספין הלא תואם הזה מייצב את המצב החדש. חישובים הראו שלגיאומטריה של הסריג יש תפקיד מכריע: על סריג מרובע מתרחשת נזילות-על מיוחדת גם כאשר המשיכה חלשה באופן שרירותי, בעוד שבסריג מעוקב, פיזור חזק יכול להרוס אותו. יתר על כן, במרחב התלת מימדי, נקודות מסוימות יוצרות קווים ובדו מימד, נקודות מבודדות.

המחברים מדגישים כי השלב החדש אפשרי בניסויים עם גזים אטומיים קרים במיוחד כמו ליתיום-6 או אשלגן-40, שבהם ניתן לשלוט במדויק על אובדן החלקיקים. לפי Akihisa Koga, תגלית זו פותחת כיוון חדש בחקר חומר קוונטי שאינו בשיווי משקל בקורלציה חזקה ומראה שייתכן שהפיזור אינו האויב אלא כלי להיווצרות מצבים קוונטיים חדשים.

לפני כן, אנשים ידעו לראשונה מה באמת קרה בתוך חור שחור.