Naujas mokslo laimėjimas: pirmąkart išmatuota kvantinė geometrija

JAV Masačusetso technologijos instituto (MIT) fizikai, bendradarbiaudami su kolegomis, pirmą kartą kvantiniu lygmeniu išmatavo kietųjų kūnų elektronų geometriją arba formą. Nors mokslininkams jau seniai pavyko išmatuoti elektronų energijas ir greičius kristalinėse medžiagose, šių sistemų kvantinė geometrija iki šiol tebuvo teorinė, o kai kuriais atvejais – visiškai neaiški.

Universalus metodas

Šis naujas mokslininkų darbas atveria naujas galimybes suprasti medžiagų kvantines savybes ir jomis manipuliuoti.

„Iš esmės sukūrėme planą, kaip gauti visiškai naujos informacijos, kurios anksčiau nebuvo galima gauti“, – teigė mokslininkas ir tyrimo vadovas Riccardo Cominas. 

Mokslininkų atrastas metodas, leidęs apskaičiuoti kvantinę geometriją, galima pritaikyti bet kokiai kvantinei medžiagai, ne tik tai, su kuria jie dirbo.

Keistasis kvantinis pasaulis

Kvantinėje fizikoje elektronas gali būti ir taškas erdvėje, ir bangos formos objektas. Tai aprašo banginė funkcija – ją galima įsivaizduoti kaip paviršių trimatėje erdvėje.

Banginės funkcijos gali būti paprastos, kaip kamuolys, arba sudėtingos, kaip Mobijaus juosta. 

Būtent pastarosios sudaro daugelį kvantinių medžiagų, kurios gali turėti pritaikymą kvantiniuose kompiuteriuose ar pažangiose technologijose.

Iki šiol šių funkcijų kvantinė geometrija buvo įmanoma tik teoriniu lygmeniu. Tačiau MIT mokslininkai, naudodami ARPES metodą, sugebėjo ją išmatuoti kagomė metale – kvantinėje medžiagoje, kurios savybės jau anksčiau stebino tyrėjus.

Glaudus bendradarbiavimas

Pasak kito tyrimo autoriaus mokslininko Min-gi Kango, galimybė tiksliai išmatuoti medžiagų kvantinę geometriją atsirado dėl stipraus teoretikų ir eksperimentuotojų bendradarbiavimo.

Tam įtakos turėjo ir COVID-19 pandemija. M. Kangas, būdamas Pietų Korėjoje, užmezgė glaudesnius ryšius su vietiniais teoretikais, o tai paskatino pradėti sėkmingą bendrą darbą, siekiant įminti kvantinės geometrijos paslaptį.

Tuo tarpu R. Cominas pandemijos metu išvyko į Italiją atlikti kvantinių eksperimentų laboratorijoje „Elettra“. Kai jis atvyko, laboratorija dar tik pradėjo atsidarinėti. 

Tačiau M. Kangas negalėjo prisijungti dirbti į Italijos laboratoriją dėl teigiamo COVID testo, todėl R. Cominas liko vienas ir pats atliko eksperimentus su vietinių mokslininkų pagalba.