Emergent quasiparticle excitations in quantum spin liquids I
Natuurkundigen van het Oak Ridge National Laboratory in Tennessee en de University of Cambridge hebben samen een nieuwe staat van materie ontdekt. De baanbrekende bevindingen, gerapporteerd in het tijdschrift Natuur, detailleer de observaties van de lang getheoretiseerde maar altijd ongrijpbare staat die bekend staat als "quantum spin vloeistof" - waarin elektronen schijnbaar in kleinere stukjes breken.
"Dit is een nieuwe kwantumtoestand van de materie, die is voorspeld maar nog niet eerder is waargenomen," zei Johannes Knolle, een wetenschapper aan Cambridge's Cavendish Laboratory en een van de coauteurs van de krant, in een persbericht.
Iedereen met een basiskennis van de natuurkunde weet dat er drie belangrijke toestanden van materie zijn: vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Mensen met een beetje meer kennis kunnen de andere twee klassieke staten kennen: plasma's (gratis geladen deeltjes die deel uitmaken van gebeurtenissen met hoge energie) en colloïden (de "tusseninrichtingen" vormen twee toestanden tegelijkertijd, zoals boter).
Toch zijn er meer dan een dozijn andere staten die bestaan, degenen die alleen waarneembaar zijn op zeer kleine schaal of onder zeer fenomenale gebeurtenissen. Een van deze is quantum spin-vloeistof: een chaotische toestand die een beetje meer uitleg vereist voordat je echt je hoofd rond kunt krijgen wat er gebeurt.
Volgens de kwantummechanica kan elk deeltje twee soorten impulsmoment vertonen. De eerste is orbitaal impulsmoment en de tweede is spin. Een ruwe analogie voor deze twee respectieve acties is een planeet die rond de zon draait en zowel een baan als een axiale spin vertoont.
Wanneer een systeem een reeks van wisselwerkingende kwantumspins heeft bereikt, wordt gedacht dat het zich in een ongeordende staat bevindt op dezelfde manier als vloeibaar water ongeordend is in vergelijking met vast ijs. Quantum spinvloeistof heeft hetzelfde gedrag, maar bij lage temperaturen. In plaats van samen te komen in een uniform patroon, zoals het samenbrengen van substanties in een vaste staat, zal een stuk materie dat zich in quantum-vloeibare spin bevindt, onregelmatig blijven werken als een warme puinhoop van soep. In feite is de activiteit zo extreem dat de deeltjes feitelijk uit elkaar vallen. Het is een scène die precies in tegenspraak is met wat je zou verwachten in koude omgevingen.
In dit geval heeft het onderzoeksteam gebroken deeltjes waargenomen die bekend staan als Majorana-fermionen in een tweedimensionaal materiaal dat enigszins lijkt op grafeen. Wat ze waarnamen was vergelijkbaar met een hypothetisch quantum spin-vloeistofmodel dat bekend staat als het Kitaev-model. De resultaten vormen uiteindelijk het einde van een 40-jarig onderzoek naar deze toestand.
Meer specifiek werpen de nieuwe quantum spin-vloeistofobservaties licht op een eigenschap die elektronsplitsing wordt genoemd en die op een dag zou kunnen helpen bij het bouwen van nieuwe soorten quantumcomputers die veel sneller werken dan de huidige machines door de grenzen van conventionele materialen te omzeilen.
Dat soort doorbraak is tientallen jaren in de toekomst. Maar het simpele feit dat we een nieuwe staat van materie in het vlees hebben kunnen observeren, is nog maar een teken dat mensen nog moeten nadenken over hoe de natuurlijke wereld werkt.
Wetenschappers van Harvard ontdekken een nieuwe biologische klok
In de zoektocht om het verouderingsproces te vertragen, wenden wetenschappers zich tot biologische klokken in ons DNA. In een recent artikel beschrijven Harvard genetici een andere biologische klok in een nieuw gedeelte van DNA dat het gemakkelijker zou kunnen maken om het ouder worden in de toekomst te bestuderen.
Wetenschappers ontdekken een zwart gat, een ster eten - dan een deel ervan weer uitbannen
In augustus stelde Stephen Hawking voor dat er een manier was om daadwerkelijk te ontsnappen aan de zwaartekracht van een zwart gat. En het lijkt erop dat het universum ons op een andere manier liet zien dat je misschien de koppelingen van de dood zou kunnen ontwijken door een afwijking in de ruimtetijd: wacht gewoon tot het zwarte gat je terugspuugt. Radio-astronomen ...
Wetenschappers ontdekken vijf nieuwe massieve, onverwachte exploderende sterren
De grootste en helderste sterren in onze melkweg hebben mogelijk meer gezelschap dan we dachten. Wetenschappers geloven dat ze vijf sterren hebben ontdekt die lijken op de twee sterren van Eta Carinae, tot nu toe mysterieuze lichamen die meer dan vijf miljoen keer het licht afgeven als onze zon en de neiging hebben om te ontploffen. In feite, alleen ...