Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиВКонтактеИгрыЗнакомстваНовостиПоискОблакоComboВсе проекты

Открыт ранее неизвестный факт об электронах

Новое открытие может перевернуть наше понимание того, как электроны ведут себя в квантовых материалах в экстремальных условиях.

Ученые Принстонского университета изучили противоречивую теорию о строении электрона. В ходе экспериментов они получили свидетельство того, что этот знакомый всем строительный блок материи ведет себя так, как будто он состоит из двух частиц. Одна частица дает электрону его отрицательный заряд, а другая магнитоподобное свойство, известное как спин.

«Мы думаем, что получили первое неопровержимое доказательство разделения спиновых зарядов», говорит Най Фуан Онг, профессор физики Юджина Хиггинса из Принстона.

Результаты ученых подтверждают предсказание, сделанное несколько десятилетий назад для объяснения одного из самых сложных состояний материи  квантовой спиновой жидкости. Во всех материалах спин электрона может быть направлен вверх или вниз. Но в случае с квантовой спиновой жидкостью спины не могут образовывать однородный узор даже при охлаждении, очень близком к абсолютному нулю. 

Фото: Catherine Zandonella, Princeton University

Для математического описания удивительного поведения электрона лауреат Нобелевской премии физик Филип Андерсон, который впервые предсказал существование спиновых жидкостей в 1973 году, предложил свое объяснение: в квантовом режиме электрон можно рассматривать как состоящий из двух частиц, один несет отрицательный заряд электрона, а другой  его спин. Андерсон назвал вторую частицу спиноном.

Новое исследование — новые факты

Ученые Принстонского университета искали признаки спинона в спиновой жидкости, состоящей из атомов рутения и хлора. При температурах на долю выше абсолютного нуля по Кельвину (или примерно -452 градуса по Фаренгейту) и в присутствии сильного магнитного поля кристаллы хлорида рутения переходят в состояние спиновой жидкости.

Эксперимент проводился так: специалисты расположили кристалл в ванне с температурой 0 градусов по Кельвину и подключили к нему три высокочувствительных термометра. Затем они приложили магнитное поле и небольшое количество тепла к одному краю кристалла, чтобы измерить его теплопроводность. Если бы спиноны присутствовали, они должны были появиться в виде колеблющегося рисунка на графике зависимости теплопроводности от магнитного поля.

Трехмерный цветной график, составленный из множества экспериментов, показывает, как теплопроводность (Кxx) изменяется в зависимости от магнитного поля (B) и температуры (T). Колебания свидетельствуют о спинонах. Фото: Princeton University

Сигнал, который они искали, было невероятно трудно обнаружить  показатели могли колебаться всего на несколько сотых градуса, поэтому измерения требовали чрезвычайно точного контроля температуры образца, а также тщательной калибровки термометров в сильном магнитном поле.

Был проведен не один эксперимент, а целая серия в течение почти трех лет. В итоге ученым удалось обнаружить колебания температуры, соответствующие спинонам. Это свидетельствует о том, что электрон состоит из двух частиц, и подтверждает противоречивую теорию Андерсона. По словам исследователей, люди искали эту сигнатуру в течение четырех десятилетий. Наблюдения ученых будут проверять еще не один раз. Если все получится удачно, область квантовых спиновых жидкостей значительно продвинется вперед.

Посмотрите на лучшие фотографии конкурса «Снимай науку!» в нашей галерее:

Это тоже интересно:

Обзоры новинок
Подробности о главных премьерах
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас