Η κβαντική συγχρονισμένη εντάξη ανακαλύφθηκε σε εκατοστό κρυσταλλικό σωματίδιο ενός ασυνήθιστου μετάλλου, όπως έδειξαν οι φυσικοί με το «μυρμηγκάρι του Schrödinger».

Κβαντικά «παρεμβαλλόμενα» παράξενα μέταλλα: νέος πειραματικός διάσπαση

Τι είναι τα παράξενα μέταλλα;
Τα παράξενα (ή μη-φερμιόνια) μέταλλα είναι σπάνιοι μείγματες, των οποίων οι ιδιότητες βρίσκονται σε ενδιάμεσο στάδιο μεταξύ διαελακτικών και συνηθισμένων αγωγών. Έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, αλλά δεν συμπεριφέρονται όπως τα παραδοσιακά μέταλλα: η αντίσταση αλλάζει σχεδόν γραμμικά με τη θερμοκρασία, και καθώς πλησιάζουμε στο απόλυτο μηδέν εμφανίζονται ασυνήθιστα κβαντικά φαινόμενα. Αυτά τα υλικά είναι ακόμη σπάνια μελετημένα· ακόμα και η Βικιπαίδεια δεν έχει πλήρη άρθρο για αυτά.

Γιατί είναι σημαντική η έρευνα του ρεύματος τους
Στα συνηθισμένα αγωγικά, το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρεται «συρρίκνωση» – ομαδική δυναμική κβαζιτοσφαιρών. Στα παράξενα μέταλλα, αντίθετα, το ρεύμα ρέει ομαλά, χωρίς εμφανή διακυμάνσεις, όπως το νερό σε ένα κανάλι. Αυτή η ασυνήθιστη συμπεριφορά προσελκύει επιστήμονες που προσπαθούν να καταλάβουν γιατί και πώς μπορούμε να «σουπιάσουμε» τα κβαντικά φαινόμενα σε μακροσκοπικό επίπεδο.

Πείραμα: από τον κρυστάλλο έως την κβαντική αλληλεξάρτηση
1. Συνθέση – ερευνητές του Τεχνικού Πανεπιστημίου Βιέννης δημιούργησαν έναν εκατοστά κρυστάλλο Ce₃Pd₂₀Si₆ (από σερί, παλλάδιο και πυρίτιο).
2. Συνθήκες – ο κρυστάλλος ψύχθηκε σε δεκάδες millikelvin και τοποθετήθηκε σε μαγνητικό πεδίο 1,73 T κατά μήκος του άξονα [001].
3. Μέτρηση – χρησιμοποιήθηκε μη ελαστική διάσπαση νετρονίων στο Ινστιτούτο Λαουέ-Λανζεβεν (ILL) στη Γαλλία.

Τι ανακαλύφθηκαν
- Κατά την ακτινοβολία με νετρόνια, το σύστημα αντιδρούσε σημαντικά πιο έντονα από το αναμενόμενο.
- Αντί να απελευθερώνει ενέργεια σε μία σωματιδιακή μορφή, ο υλικός δείκτης έδειξε συλλογική αντίδραση – «ομαδική» αλληλεπίδραση.
- Η ανάλυση με το παράμετρο Φίσερ (κβαντικό μετρικό δείκτη) έδειξε ότι τουλάχιστον εννέα κβαντικά αλληλέξαρτα αντικείμενα λειτουργούν ταυτόχρονα.

Έτσι, ο κρυστάλλος Ce₃Pd₂₀Si₆ επιδεικνύει ομαδική κβαντική αλληλεξάρτηση ακόμη και σε όγκο εκατοστά. Είναι η πρώτη περίπτωση που τέτοιο φαινόμενο καταγράφηκε σε «μεγάλο» κομμάτι υλικού.

Τι σημαίνει αυτό
- Το πείραμα συνδέει τη στερεά φυσική με την κβαντική μηχανική: οι παρατηρούμενες ιδιότητες μπορούν πλέον να περιγραφούν μέσω της γλώσσας της κβαντικής πληροφορίας.
- Βοηθά να εξηγηθεί γιατί το ρεύμα στα παράξενα μέταλλα ρέει ομαλά (απόκλιση των κβαζιτοσφαιρών) και γιατί η αντίσταση είναι γραμμικά ανάλογη της θερμοκρασίας.
- Σύμφωνα με τους επιστήμονες, από «την γάτα του Schrödinger» μπορούμε να προχωρήσουμε στο «ομαδικό πλέγμα του Schrödinger»: ένα ενεργοποιημένο στοιχείο προκαλεί αντίδραση σε εννέα αλληλεξαρτημένους γείτονες.

Συμπέρασμα
Το νέο πείραμα ανοίγει το δρόμο για την κατανόηση και αξιοποίηση των κβαντικών φαινομένων σε μακροσκοπικά συστήματα. Τα παράξενα μέταλλα, χάρη στη μοναδική τους δομή, γίνονται ζωντανά παραδείγματα του πώς η συλλογική κβαντική αλληλεξάρτηση μπορεί να εκδηλωθεί σε πραγματικά υλικά.