การทดลองใหม่ทำให้เกิดวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็น ‘ของเหลวหมุนควอนตัม’รูปแบบของสสารที่เข้าใจยากที่เรียกว่าของเหลวหมุนควอนตัมไม่ใช่ของเหลว และไม่หมุน แต่แน่นอนว่าเป็นควอนตัม
คาดการณ์เมื่อเกือบ 50 ปีที่แล้ว ของเหลวสปินควอนตัมได้หลบเลี่ยงการตรวจจับขั้นสุดท้ายในห้องปฏิบัติการมาเป็นเวลานาน แต่ตอนนี้โครงตาข่ายของอะตอมที่เย็นจัดซึ่งถูกตรึงไว้ด้วยเลเซอร์ได้แสดงให้เห็นลักษณะเด่นของสสารที่ค้นหามายาวนาน รายงานในวารสาร Science 3 ธันวาคม
การพัวพันกันของควอนตัมเข้าสู่โอเวอร์ไดรฟ์ในวัสดุรูปแบบใหม่
แม้แต่อะตอมที่อยู่ฝั่งตรงข้ามของโครงตาข่ายก็มีส่วนพัวพันกัน หรือลิงก์ควอนตัม ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติของอะตอมที่อยู่ห่างไกลก็มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน นักฟิสิกส์ Giulia Semeghini จาก Harvard University ผู้เขียนร่วมของการศึกษาใหม่กล่าวว่า “มันเป็นเรื่องที่พัวพันกันมาก “หากคุณเลือกจุดใดจุดหนึ่งในระบบของคุณ พวกมันจะเชื่อมต่อกันผ่านการพัวพันอันยิ่งใหญ่นี้” นักวิจัยกล่าวว่าการพัวพันระยะยาวที่แข็งแกร่งนี้สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์สำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม
วัสดุใหม่ตรงกับการคาดการณ์สำหรับของเหลวหมุนควอนตัมแม้ว่าการแต่งหน้าจะผิดเพี้ยนไปจากความคาดหวังทั่วไป ในขณะที่แนวคิดดั้งเดิมของของเหลวสปินควอนตัมอาศัยคุณสมบัติควอนตัมของสปิน ซึ่งให้สนามแม่เหล็กของอะตอม วัสดุใหม่นี้มีพื้นฐานมาจากลักษณะนิสัยของอะตอมที่แตกต่างกัน
ของเหลวสปินควอนตัมมาตรฐานควรเกิดขึ้นในหมู่อะตอมที่สปินขัดแย้งกัน การหมุนทำให้อะตอมทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กขนาดเล็ก โดยปกติ ที่อุณหภูมิต่ำ อะตอมเหล่านั้นจะจัดเรียงขั้วแม่เหล็กให้อยู่ในรูปแบบปกติ ตัวอย่างเช่น ถ้าอะตอมหนึ่งชี้ขึ้น เพื่อนบ้านชี้ลง แต่ถ้าอะตอมจัดอยู่ในรูปสามเหลี่ยม ตัวอย่างเช่น แต่ละอะตอมมีเพื่อนบ้านสองคนที่ชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม การจัดเรียงนั้นทำให้ครั้งที่สามไม่มีที่หลบเลย – ไม่สามารถต่อต้านเพื่อนบ้านทั้งสองได้ในคราวเดียว
ดังนั้นอะตอมในของเหลวหมุนควอนตัมจึงปฏิเสธที่จะเลือก ( SN: 9/21/21 ) อะตอมกลับกลายเป็นการซ้อนทับกัน ซึ่งเป็นการรวมควอนตัมของการหมุนขึ้นและลง และสถานะของอะตอมแต่ละอันเชื่อมโยงกับสถานะเพื่อนร่วมชาติของมัน อะตอมมีความผันผวนอยู่ตลอดเวลาและไม่เคยตกลงไปในการจัดเรียงของสปินอย่างเป็นระเบียบ คล้ายกับการที่อะตอมในของเหลวปกติกระจัดกระจายมากกว่าที่จะจัดเรียงในรูปแบบการทำซ้ำอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้นชื่อจึงเป็นเช่นนั้น
หลักฐานที่แน่ชัดของของเหลวสปินควอนตัมนั้นหาได้ยากในวัสดุที่เป็นของแข็ง ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยได้ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป: พวกเขาสร้างวัสดุเทียมที่ประกอบด้วยอะตอมรูบิเดียมที่ติดอยู่ 219 อะตอม ซึ่งทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิประมาณ 10 ไมโครเคลวิน (ประมาณ –273.15° องศาเซลเซียส) อาร์เรย์ของอะตอมหรือที่เรียกว่าเครื่องจำลองควอนตัมที่ตั้งโปรแกรมได้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถปรับวิธีที่อะตอมโต้ตอบเพื่อตรวจสอบรูปแบบที่แปลกใหม่ของสสารควอนตัมได้
ในการทดลองใหม่ แทนที่จะเป็นการหมุนของอะตอม
สมบัติอื่นกลับทำให้เกิดความไม่ลงรอยกัน นักวิจัยใช้เลเซอร์เพื่อทำให้อะตอมอยู่ในสถานะ Rydbergซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนของอะตอมตัวหนึ่งถูกกระแทกให้มีระดับพลังงานที่สูงมาก ( SN: 8/29/16 ) หากอะตอมหนึ่งอยู่ในสถานะ Rydberg เพื่อนบ้านไม่ต้องการให้เป็นเช่นนั้น การตั้งค่านั้นทำให้เกิดความขัดแย้งของ Rydberg หรือไม่ก็คล้ายกับการต่อสู้แบบหมุนขึ้นและลงในของเหลวสปินควอนตัมแบบดั้งเดิม
นักวิทยาศาสตร์ยืนยันผลกระทบของของเหลวสปินควอนตัมโดยศึกษาคุณสมบัติของอะตอมที่ตกตามลูปที่ลากผ่านวัสดุ ตามควอนตัมคณิตศาสตร์ อะตอมเหล่านั้นควรมีคุณสมบัติบางอย่างเฉพาะของของเหลวสปินควอนตัม ผลลัพธ์ตรงกับความคาดหวังสำหรับของเหลวหมุนควอนตัมและเปิดเผยว่ามีสิ่งกีดขวางระยะยาวอยู่
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งกีดขวางของวัสดุเป็นแบบทอพอโลยี นั่นหมายความว่ามันถูกอธิบายโดยสาขาของคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าโทโพโลยี ซึ่งวัตถุถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางเรขาคณิตบางอย่างตัวอย่างเช่น จำนวนของรู ( SN: 10/4/16 ) โทโพโลยีสามารถป้องกันข้อมูลไม่ให้ถูกทำลายได้ ตัวอย่างเช่น เบเกิลที่ตกลงมาจากเคาน์เตอร์จะยังคงมีรูอยู่เพียงช่องเดียว คุณลักษณะการรักษาข้อมูลนี้อาจเป็นประโยชน์สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งต้องต่อสู้กับ ข้อมูลควอนตัมที่ เปราะบางและถูกทำลายได้ง่ายซึ่งทำให้การคำนวณมีข้อผิดพลาด ( SN: 6/22/20 )
นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี คริสโตเฟอร์ เลามันน์ แห่งมหาวิทยาลัยบอสตัน ผู้ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาวิจัยกล่าวว่าวัสดุดังกล่าวมีคุณสมบัติเป็นของเหลวสปินควอนตัมจริงหรือไม่ แม้ว่าจะไม่ได้อิงจากการหมุนก็ตาม นักฟิสิกส์บางคนใช้คำว่า “สปิน” เพื่ออธิบายระบบอื่นๆ ด้วยสองทางเลือกที่เป็นไปได้ เนื่องจากมีคณิตศาสตร์แบบเดียวกับสปินอะตอมที่สามารถชี้ขึ้นหรือลงได้ “คำพูดมีความหมาย จนกว่าพวกเขาจะไม่มี” เขาแหย่ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับว่าคุณหมุนมันอย่างไร
ยานอวกาศโวเอเจอร์ 2 ของนาซ่าได้ตัดสินคำถาม Planet X — ชั่วขณะหนึ่ง เมื่อยานสำรวจบินผ่านดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนในทศวรรษ 1980 มันให้ข้อมูลแก่นักดาราศาสตร์ในการแก้ไขมวลของดาวเคราะห์ได้ดีขึ้น ข้อมูลใหม่เปิดเผยว่าไม่มีอะไรดึงพวกเขา Tombaugh ค้นพบดาวพลูโตที่การคำนวณของ Lowell ชี้เป็นเพียงเรื่องบังเอิญ
