نوشته دانشگاه رایس، ۳ دسامبر ۲۰۲۵، درهمتنیدگی ذرات گرانشی فیزیک کوانتومی -دانشمندان سرانجام رفتارهای کوانتومیِ مدتها نظریهپردازیشده را در داخل یک ترکیب کریستالی نادر تأیید کردند و فوتونهای نوظهور گریزان و سایر برانگیختگیهای کسری را آشکار کردند. این تیم با استفاده از ابزارهای پیشرفته پراکندگی نوترون، امضاهای کوانتومی ظریفی را که مغناطیس متعارف را به چالش میکشند و به یک مایع اسپین کوانتومی سهبعدی واقعی اشاره دارند، جدا کردند. منبع: استوک
محققان شواهد روشنی از برانگیختگیهای کوانتومی عجیب و غریب را در داخل یک مایع اسپین کوانتومی سهبعدی نادر کشف کردهاند و دههها نظریه را تأیید میکنند.
یک گروه تحقیقاتی بینالمللی به رهبری پنگچنگ دای از دانشگاه رایس اکنون وجود فوتونهای نوظهور و برانگیختگیهای اسپین کسری را در یک مایع اسپین کوانتومی نادر تأیید کردهاند. این مطالعه که در مجله Nature Physics گزارش شده است، تأیید میکند که ترکیب کریستالی اکسید سریم زیرکونیوم (Ce₂Zr₂O₇) یک نمونه ملموس و سهبعدی از این حالت غیرمعمول ماده را ارائه میدهد.
مایعات اسپین کوانتومی برای دههها نظریهپردازان را مجذوب خود کردهاند زیرا میتوانند فناوریهای متحولکنندهای مانند محاسبات کوانتومی و انتقال انرژی بدون اتلاف را ممکن سازند. برخلاف آهنرباهای معمولی، این مواد در دماهای نزدیک به صفر مطلق، حرکت بسیار درهمتنیده در میان گشتاورهای مغناطیسی خود نشان میدهند و شرایطی را ایجاد میکنند که در آن الکترودینامیک کوانتومی نوظهور میتواند ظاهر شود.
دای، استاد فیزیک و نجوم سام و هلن وردن، گفت: “ما با شناسایی مستقیم این برانگیختگیها به یک سوال مهم پاسخ دادهایم. این تأیید میکند که Ce₂Zr₂O₇ مانند یک یخ اسپین کوانتومی واقعی، یک دسته خاص از مایعات اسپین کوانتومی در سه بعد، رفتار میکند.”
برای آشکار کردن این رفتارها، تیم از روشهای پیشرفته پراکندگی نوترون قطبی شده استفاده کرد که میتوانست سیگنالهای مغناطیسی را از هر نوع پراکندگی دیگر، حتی در شرایط دمایی نزدیک به صفر، متمایز کند. این رویکرد به آنها اجازه داد تا الگوهای مشخصی را که نشاندهنده وجود یک مایع اسپین کوانتومی هستند، مشخص کنند.در همین حال، اندازهگیریهای تیم نشان داد که سیگنالهای فوتون نوظهور در انرژی تقریباً صفر ظاهر میشوند – مشخصه ای که یخ اسپین کوانتومی را از فازهای مغناطیسی معمولی متمایز میکند. آزمایشهای بیشتر روی گرمای ویژه ترکیب، این نتیجهگیری را تقویت کرد و نشان داد که فوتونهای نوظهور مورد انتظار به روشی شبیه به نحوه حرکت امواج صوتی در یک جامد، در ماده پخش میشوند.
نویز فنی و دادههای ناقص اغلب مانع تلاشهای قبلی برای اعتبارسنجی چنین رفتاری میشدند. تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه رایس، از طریق آمادهسازی نمونه اصلاحشده و ابزارهای دقیق، از جمله همکاری بینالمللی از آزمایشگاههای بزرگ در اروپا و آمریکای شمالی، بر این موانع غلبه کردند.
قابل توجه است که فوتونها و اسپینونهای نوظهور – نشانههای یخ اسپین کوانتومی – در یک ماده کاندید سهبعدی مشاهده شدند. کشف محققان، بحث طولانیمدت در فیزیک ماده چگال را حل میکند و بستری قوی برای کاوش در فناوریهای نسل بعدی فراهم میکند.
بین گائو، دانشمند محقق در گروه فیزیک و نجوم دانشگاه رایس و نویسنده اول این مطالعه، گفت: این نتیجه بنیادی، پیشبینیهای نظری دههها را تأیید میکند.
گائو گفت: “این نتیجه شگفتانگیز دانشمندان را تشویق میکند تا عمیقتر به چنین مواد منحصر به فردی نگاه کنند و به طور بالقوه نحوه درک ما از آهنرباها و رفتار مواد در رژیم کوانتومی شدید را تغییر دهند.”
