Naukowcy odkryli jednak kolejny stan materii, którego główną cechą jest nietypowa forma nadprzewodnictwa elektrycznego, oraz złamanie symetrii czasowej. Jest on w zasadzie podobny do klasycznych nadprzewodników jeśli chodzi o kwestię oporu elektrycznego. Tu jednak podobieństwa się kończą.
Nowy stan materii
Główną zasadą nadprzewodnictwa jest to, że elektrony tworzą pary. Okazuje się jednak, że mogą one również łączyć się w czwórki. Fizycy z KTH opublikowali pierwsze eksperymentalne dowody tego poczwórnego efektu oraz mechanizm, dzięki któremu ten stan materii zachodzi. Profesor Egor Babaev i jego współpracownicy przedstawili w Nature Physics dowody na poczwórne oddziaływanie fermionów (w bardzo dużym skrócie podstawowych budulców materii) w serii pomiarów eksperymentalnych na materiale opartym na żelazie: Ba1-xKxFe2As2. Wyniki te uzyskano prawie 20 lat po tym, jak Babaev po raz pierwszy przewidział tego typu zjawisko, a osiem lat po tym, jak opublikował pracę, w której przewidział, że może ono wystąpić w tym materiale.
Zobacz też: Aktualizacje Windows 11 mniejsze o 40% – Microsoft tłumaczy zmiany
Łączenie elektronów w pary umożliwia kwantowy stan nadprzewodnictwa, czyli stan przewodnictwa o zerowej rezystancji. Występuje on w materiale w wyniku łączenia się dwóch elektronów, a nie odpychania się od siebie, jak to ma miejsce w próżni. Zjawisko to zostało po raz pierwszy opisane w teorii przez Leona Coopera, Johna Bardeena i Johna Schrieffera, których praca została nagrodzona Nagrodą Nobla w 1972 roku.
Zobacz też: Teraz kupisz Xiaomi 11 Lite NE 5G z ciekawym prezentem
Normalnie dwa elektrony, które są ujemnie naładowanymi cząstkami subatomowymi, silnie się odpychają. Jednak w niskich temperaturach w krysztale stają się one luźno związane w pary, dając początek solidnemu porządkowi dalekiego zasięgu. Prądy par elektronów nie rozpraszają się już od defektów i przeszkód, a przewodnik może stracić cały opór elektryczny, stając się nowym stanem materii: nadprzewodnikiem. Dopiero w ostatnich latach teoretyczna koncepcja kondensatów czterofermionowych zyskała szeroką akceptację.
Stan poczwórnego fermionu
Aby stan poczwórnego fermionu mógł zaistnieć, musi istnieć coś, co zapobiega kondensacji par i uniemożliwia ich przepływ bez oporu, a jednocześnie pozwala na kondensację kompozytów czteroelektronowych. Teoria Bardeena-Coopera-Schrieffera nie dopuszczała takiego zachowania, więc kiedy eksperymentalny współpracownik Babaeva z Technische Universtät Dresden, Vadim Grinenko, znalazł w 2018 roku pierwsze oznaki poczwórnego kondensatu fermionów, zakwestionował lata dominującej naukowej zgody. To, co nastąpiło później, to trzy lata eksperymentów i badań w laboratoriach w wielu instytucjach w celu potwierdzenia odkrycia.
Brak symetrii czasowej
Babaev stwierdził, że kluczem do obserwacji jest to, że fermionowe poczwórne kondensaty spontanicznie łamią symetrię czasowo-odwrotną. W fizyce symetria czasowo-odwrotna to matematyczna operacja polegająca na zastąpieniu we wzorach lub równaniach wyrażenia dla czasu jego ujemną wartością, tak aby opisywały one zdarzenie, w którym czas biegnie do tyłu lub wszystkie ruchy są odwrócone. Jeśli odwróci się kierunek upływu czasu, podstawowe prawa fizyki nadal obowiązują. Dotyczy to również typowych nadprzewodników: jeśli strzałka czasu zostanie odwrócona, typowy nadprzewodnik nadal będzie w tym samym stanie nadprzewodnictwa. Rzecz w tym, że w przypadku nowego stanu materii odwrócenie jej powoduje osiągnięcie jeszcze innego stanu.
Prawdopodobnie potrzeba będzie wielu lat badań, aby w pełni zrozumieć ten stan. Eksperymenty otwierają wiele nowych pytań, ujawniając szereg innych niezwykłych właściwości związanych z jego reakcją na gradienty termiczne, pola magnetyczne i ultradźwięki, które wciąż muszą być lepiej poznane.
— Podkreśla naukowiec.
Źródło: Scitechdaily