მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ „სინათლის სიჩქარის“ ელექტრონები ოთხ განზომილებაში მოძრაობენ

მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ „სინათლის სიჩქარის“ ელექტრონები ოთხ განზომილებაში მოძრაობენ — #1tvმეცნიერება

13:21, 19.03.2024

მეცნიერებმა ელექტრონების ერთი მოუხელთებელი ქცევის იზოლირება შეძლეს.

იაპონიის ეჰიმეს უნივერსიტეტის ფიზიკოსთა ჯგუფმა რიუჰეი ოკას ხელმძღვანელობით, სუპერგამტარ პოლიმერში, რომელსაც ბის(ეთილენდითიო)-ტეტრათიაფულენს უწოდებენ, ე. წ. დირაკის ელექტრონები გაზომა. ეს გახლავთ ელექტრონები, რომლებიც ისეთ პირობებში არსებობს, რომ მასა თითქმის არ გააჩნიათ, რის გამოც ისინი უფრო ფოტონების მსგავსად იქცევიან და სინათლის სიჩქარით ირხევიან.

მკვლევართა განცხადებით, ეს აღმოჩენა ტოპოლოგიური მასალების უკეთესად შესწავლის საშუალებას მოგვცემს — კვანტური მასალების, რომლებიც შიგნით ელექტრონული იზოლატორის (გაუმტარი) სახით იქცევიან, გარეთ კი გამტარის.

სუპერგამტარების, ნახევარგამტარების და ტოპოლოგიური მასალების გამოყენება სულ უფრო იზრდება, თანაც არა მხოლოდ კვანტურ კომპიუტერებში მათი პოტენციური გამოყენების გამო. თუმცა, ამ მასალებისა და მათი ქცევის შესახებ ჯერ მაინც ბევრი რამ არ ვიცით.

დირაკის ელექტრონებს უწოდებენ ჩვეულებრივ ელექტრონებს ექსტრაორდინარულ გარემო პირობებში და მათი კვანტური ქცევების გასაგებად, ცოტა სპეციალური ფარდობითობის მოხმობაა საჭირო. ამ გარემოში, ატომები ერთმანეთზეა გადადებული, რის გამოც, მათი ზოგიერთი ელექტრონი უცნაურ სივრცეში გადადის, რომელიც მათ საშუალებას აძლევს, რომ მასალებში ბრწყინვალე ენერგოეფექტურობით იხტუნაონ.

მათი ფორმულირება ფიზიკოს პოლ დირაკის თითქმის საუკუნის წინანდელი განტოლებებიდან მოხდა და ახლა უკვე ვიცით, რომ ისინი არსებობს — დააფიქსირეს გრაფენში, ასევე სხვა ტოპოლოგიურ მასალებში.

თუმცა, პოტენციური დირაკის ელექტრონების დასაჭერად საჭიროა მათი უკეთესად შესწავლა და სწორედ ეს სურდათ ფიზიკოსებს. დირაკის ელექტრონები სტანდარტულ ელექტრონებთან თანაარსებობს, რაც იმას ნიშნავს, რომ მათი დაფიქსირება და გაზომვა ცალსახად ძალიან რთულია.

ოკამ და მისმა კოლეგებმა ამის გზას იმ თვისების გამოყენებით მიაგნეს, რომელსაც ელექტრონების ბრუნვის რეზონანსი ეწოდება. ელექტრონები მბრუნავი დამუხტული ნაწილაკებია; მუხტის ასეთი ბრუნვადი გადანაწილების გამო, თითოეულ მათგანში გამოხატულია მაგნიტური დიპოლი. ამიტომ, როდესაც მასალაზე მაგნიტურ ველს მოსდებ, ის ურთიერთქმედებს მასში არსებულ ნებისმიერ შეუწყვილებელ ელექტრონთა ბრუნვასთან — ცვლის მათი ბრუნვის მდგომარეობას.

ამ მეთოდით ფიზიკოსებს დაუწყვილებელი ელექტრონების დაფიქსირება და მათზე დაკვირვება შეუძლიათ. ოკამ და მისმა კოლეგებმა დაადგინეს, რომ მისი გამოყენება ასევე შესაძლებელია დირაკის ელექტრონებზე პირდაპირი დაკვირვებისთვის სუპერგამტარ ბის(ეთილენდითიო)-ტეტრათიაფულენში, სადაც მათ სტანდარტული ელექტრონებისგან გამოარჩევენ ბრუნვის სხვანაირი სისტემებით.

ჯგუფმა დაადგინა, რომ დირაკის ელექტრონების სრულად შესასწავლად, საჭიროა მათი ოთხ განზომილებაში აღწერა. არსებობს სამი სტანდარტული სივრცული განზომილება — x, y და z ღერძები; და კიდევ არის ელექტრონის ენერგიის დონე, რომელიც წარმოადგენს მეოთხე განზომილებას.

ამ განზომილებებზე დაყრდნობით დირაკის ელექტრონების გაზომვით, მკვლევრებმა დაადგინეს რაღაც ისეთი, რაც აქამდე არ ვიცოდით. მათი მოძრაობის სიჩქარე მუდმივი არ არის და ეს დამოკიდებულია ტემპერატურასა და მასალაში მაგნიტური ველის კუთხეზე.

ეს კი იმას ნიშნავს, რომ ხელთ გვაქვს ფაზლის კიდევ ერთი ნაჭერი, რომელიც დირაკის ელექტრონების ქცევის დადგენაში გვეხმარება — თანაც ისეთი, რომელიც ერთ მშვენიერ დღეს, ტექნოლოგიებში მათ დანერგვაში შეიძლება დაგვეხმაროს.

კვლევა Materials Advances-ში გამოქვეყნდა.

მომზადებულია ScienceAlert-ის მიხედვით.

ავტორი - მიხეილ ჭაბუკაშვილი

მეცნიერება