Forskere observerer gravitationsanomali på Jorden

Moderne fysik har vant os til mærkelige og kontraintuitive forestillinger om virkeligheden - især kvantefysik, der er berømt for at efterlade fysiske objekter i mærkelige superpositionstilstande. For eksempel, Schrödingers kat, som finder sig ude af stand til at afgøre, om den er død eller i live. Nogle gange er kvantemekanikken imidlertid mere afgørende og endda destruktiv.

Symmetrier er den hellige gral for fysikere. Symmetri betyder, at man kan transformere et objekt på en bestemt måde, der efterlader det invariant. For eksempel, en rund kugle kan drejes i en vilkårlig vinkel, men ser altid ens ud. Fysikere siger, at det er symmetrisk under rotationer. Når først et fysisk systems symmetri er identificeret, er det ofte muligt at forudsige dets dynamik.

Men nogle gange ødelægger kvantemekanikkens love en symmetri, der heldigvis ville eksistere i en verden uden kvantemekanik, dvs. klassiske systemer. Selv for fysikere ser dette så mærkeligt ud, at de kaldte dette fænomen for en "anomali".

I det meste af deres historie, disse kvanteanomalier var begrænset til en verden af ​​elementær partikelfysik, udforsket i enorme acceleratorlaboratorier såsom Large Hadron Collider på CERN i Schweiz. Nu dog en ny type materialer, de såkaldte Weyl-halvmetaller, ligner 3D-grafen, tillade os at få symmetrien til at ødelægge kvante -anomali til at fungere i dagligdags fænomener, såsom dannelse af elektrisk strøm.

I disse eksotiske materialer opfører elektroner sig effektivt på samme måde som elementarpartiklerne undersøgt i acceleratorer med høj energi. Disse partikler har den mærkelige egenskab, at de ikke kan være i ro - de skal til enhver tid bevæge sig med en konstant hastighed. De har også en anden egenskab kaldet spin. Det er som en lille magnet fastgjort til partiklerne, og de findes i to arter. Spinnet kan enten pege i bevægelsesretningen eller i den modsatte retning.

Når man taler om højre- og venstrehåndede partikler kaldes denne egenskab chiralitet. Normalt de to forskellige arter af partikler, identiske bortset fra deres chiralitet (håndethed), ville komme med separate symmetrier knyttet til dem, og deres numre ville blive separat bevaret. Imidlertid, en kvante-anomali kan ødelægge deres fredelige sameksistens og ændre en venstrehåndet partikel til en højrehåndet eller omvendt.

Fremgår af et papir, der blev offentliggjort i dag i Natur , et internationalt team af fysikere, materialeforskere og strengteoretikere, har observeret et sådant materiale, en effekt af en mest eksotisk kvante-anomali, som man hidtil kun mente var udløst af rumtidens krumning som beskrevet i Einsteins relativitetsteori. Men til holdets overraskelse, de opdagede, at det også eksisterer på Jorden i faststoffysikkens egenskaber, som en stor del af computerindustrien er baseret på, spænder fra små transistorer til cloud -datacentre.

"For første gang, vi har eksperimentelt observeret denne fundamentale kvanteanomali på Jorden, som er ekstremt vigtig for vores forståelse af universet, sagde Dr. Johannes Gooth, en IBM -forsker og hovedforfatter af papiret. "Vi kan nu bygge nye solid-state enheder baseret på denne anomali, som aldrig er blevet overvejet før for potentielt at omgå nogle af de problemer, der er iboende i klassiske elektroniske enheder, såsom transistorer."

Nye beregninger, til dels at anvende strengteoriens metoder, viste, at denne gravitationsanomali også er ansvarlig for at producere en strøm, hvis materialet opvarmes samtidig med at et magnetfelt påføres.

"Dette er en utrolig spændende opdagelse. Vi kan klart konkludere, at det samme brud på symmetri kan observeres i ethvert fysisk system, om det skete i begyndelsen af ​​universet eller sker i dag, lige her på jorden, "sagde prof. dr. Karl Landsteiner, en strengteoretiker ved Instituto de Fisica Teorica UAM/CSIC og medforfatter af papiret.

IBM -forskere forudsiger, at denne opdagelse vil åbne op for en ny udvikling omkring sensorer, afbrydere og termoelektriske kølere eller energiindsamlingsanordninger, for forbedret strømforbrug.