معلومات

استكشف السلوك الغريب للمواد من خلال تجربتين حديثتين

استكشف السلوك الغريب للمواد من خلال تجربتين حديثتين

يمكن للإلكترونات الموجودة في الذرة أو الجزيء أن تخبرنا بقدر كبير من المعلومات حول هذا العنصر أو المادة. على سبيل المثال ، تشكل الذرات التي يتكون منها ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) بلورات مكعبة بسبب طريقة مشاركة العنصرين في الإلكترونات.

ذات صلة: العلماء يحلون لغزًا قديمًا منذ 80 عامًا حول المواد الحديدية الكهربائية

الخصائص الغريبة للمادة

ربما تكون الخاصية الأكثر طلبًا للمادة هي الموصلية الفائقة. هذا هو المكان الذي تكون فيه المادة خالية من المقاومة الكهربائية عند تبريدها تحت درجة حرارة حرجة معينة.

تم اكتشاف الموصلية الفائقة لأول مرة في الزئبق بواسطة الفيزيائي الهولندي Heike Kamerlingh Onnes في عام 1911.

بشكل عام ، تنخفض المقاومة الكهربائية للموصل المعدني مع انخفاض درجة الحرارة ، ولكن حتى بالقرب من الصفر المطلق (صفر كلفن, ناقص459.67 درجة فهرنهايت ،ناقص273.15 درجة مئوية) ، هناك بعض المقاومة. في الموصل الفائق ، تنخفض المقاومة فجأة إلى الصفر عندما يتم تبريد المادة إلى ما دون درجة حرارتها الحرجة.

من الناحية النظرية ، يمكن أن يستمر التيار الكهربائي عبر حلقة من الأسلاك فائقة التوصيل التي يتم تبريدها إلى درجة حرارتها الحرجة إلى أجل غير مسمى بدون مصدر طاقة.

تجربتان ، نفس السلوك

في عام 2018 ، قامت مجموعتان بحثيتان مستقلتان بفحص سلوك الإلكترونات في بلورة من خلال تصميم ثنائي الأبعاد مغناطيس مغناطيسي. هذه هي المواد التي تكون فيها اللحظات المغناطيسية لذراتها أو جزيئاتها ، والتي ترتبط عادةً بدورات إلكتروناتها ، محاذاة عند درجات حرارة منخفضة بنمط منتظم ، مع دوران متجاور على شرائح فرعية مختلفة تشير في اتجاهين متعاكسين ، بحيث لا تظهر تقريبًا أي خارجي إجمالي المغناطيسية.

وجد العلماء أن الإلكترونات جماعي قلد تقلبات المجال المغناطيسي لبوزون هيغز. بوزون هيغز هو جسيم أولي (في النموذج القياسي للجسيمات) ينتج عن الإثارة الكمومية لحقل هيغز. في كتاب صدر عام 1993 ، أطلق ليون ليدرمان ، مدير فيرميلاب ، على هيجز النظري ، "جسيم الله".

تمت تسمية المجال والجسيم على اسم الفيزيائي البريطاني بيتر هيغز ، الذي اقترح في عام 1964 آلية لشرح سبب امتلاك بعض الجسيمات للكتلة. تم تأكيد وجود بوزون هيغز في عام 2012 من خلال تعاون ATLAS و CMS في مصادم الهادرونات الكبير في CERN.

في الفيديو أدناه ، وهو الإعلان عن اكتشاف بوزون هيغز ، يمكن رؤية البروفيسور هيغز وهو يرقص في عينيه بعد انتظار 48 عامًا لتأكيد نظريته.

في 10 ديسمبر 2013 ، مُنح بيتر هيجز ، جنبًا إلى جنب مع فرانسوا إنجليرت ، جائزة نوبل في الفيزياء لتوقعاتهم النظرية حول بوزون هيغز.

لحث الإلكترونات على التصرف مثل بوزونات هيغز ، قصف الباحثون المادة بالنيوترونات. بدأت الحقول المغناطيسية للإلكترونات تتقلب بطريقة تشبه رياضيا بوزون هيغز.

قاد مجموعة بحثية واحدة ديفيد آلان تينانت و تاو هونغ في مختبر أوك ريدج الوطني. المجموعة الأخرى كانت بقيادة برنارد كيمر في معهد ماكس بلانك لأبحاث الحالة الصلبة.

وجدت مجموعة Keimer أن سلوك مادتهم كان مشابهًا لسلوك بوزون هيجز داخل مسرّع الجسيمات ، مثل مصادم الهادرونات الكبير. هناك ، يتحلل بوزون هيغز بسرعة إلى جسيمات أخرى ، مثل الفوتونات.

داخل المغناطيس المغناطيسي لكيمر ، تصرفت الإلكترونات مثل جسيمات تسمى بوزونات غولدستون. أنتجت المادة التي أنشأتها مجموعة Tennant وضع Higgs الذي لا يتحلل.

مرحلة انتقالية كمومية

الهدف من كلتا المجموعتين هو مراقبة انتقال الطور الكمي ، حيث يمكن أن تتغير خصائص المادة بشكل كبير. على عكس انتقال الطور القياسي ، مثل تغير الماء من سائل إلى صلب ، يحدث انتقال الطور الكمي عندما يتغير معامل فيزيائي - مثل المجال المغناطيسي أو الضغط - عند درجة حرارة الصفر المطلق.

تأمل مجموعة Keimer في مراقبة انتقال الطور الكمومي وخصائص غريبة أخرى للمادة المرتبطة بوضع Higgs. في حديثه إلى مجلة كوانتا ، قال تينانت: "لا تمتلك أدمغتنا حدسًا طبيعيًا للأنظمة الكمية. استكشاف الطبيعة مليء بالمفاجآت لأنها مليئة بأشياء لم نتخيلها أبدًا".


شاهد الفيديو: الدحيح - حيوانات حساسة (شهر اكتوبر 2021).