Физики разделили электрон на орбитон и спинон

Физики разделили электрон на орбитон и спинон

Индивидуальные (изолированные) электроны считаются элементарными частицами, то есть их нельзя разложить на составляющие. Однако в 80-х годах прошлого века советские физики-теоретики предсказали, что электроны в одномерной цепочке атомов можно будет разложить на три квазичастицы — орбитон, спинон и холон.

Холон отвечает за заряд электрона, спинон определяет его спин, а орбитон – орбитальное положение. "Эти квазичастицы могут двигаться в материале с разной скоростью и даже в разных направлениях", — добавляет профессор Йероэн ван ден Бринк (Jeroen van den Brink) из немецкого Института конденсированного состояния и материалов (IFW).

Такое нелогичное с точки зрения классической физики явление возможно из-за волновой природы электронов в атоме. "Когда мы возбуждаем электрон, он разделяется на несколько волн, каждая из которых несёт свою характеристику электрона. Но вне материала они не могут существовать независимо", — объясняет профессор.

В 1996 году физики впервые разложили электрон на холон и спинон. Недавно ван ден Бринк и его коллеги добились разделения электрона на орбитон и спинон.

Для этого учёные направили пучок рентгеновских фотонов на электрон в одномерном образце купрата стронция (Sr2CuO3). Кванты света электромагнитного излучения перевели электрон в возбуждённое состояние, он перешёл на более высокий энергетический уровень (другую орбиталь атома), при этом часть энергии фотонов поглотилась.

Затем поток фотонов возвращается на детекторы. Учёные определяют их количество, энергию, импульс, сравнивают полученные данные с компьютерными моделями.

Так выяснилось, что, когда фотоны теряли энергию в диапазоне от 1,5 до 3,5 электронвольт, спектр пучка получался похожим на тот, что был построен в ходе компьютерного моделирования процесса разделения электрона на орбитон и спинон, двигающихся в материале в противоположных направлениях.

Таким образом, физики впервые получили экспериментальное подтверждение разделения элементарной частицы на эти квазичастицы, а также впервые "поймали" третий компонент орбитон.

Исследователи полагают, что их открытие поможет понять природу высокотемпературной сверхпроводимости. Существует гипотеза, что именно движение орбитонов определяет это крайне важное для практического применения свойство материалов. Теперь появилась возможность проверить это предположение.

Ещё одно потенциальное применение нынешнего открытия — создание квантовых компьютеров. Использование квантовых свойств частиц в отличие от классических позволит производить расчёты быстрее – орбитальные переходы занимают фемтосекунды (10-15)! Работать с информацией можно будет на уровне спинонов и орбитонов.

Осталось всего ничего "поделить электрон на все три компонента одновременно", — подводит итог профессор ван ден Бринк.

Источник: pronowosti.ru

Похожие новости:
Впервые получено изображение движения атомов в молекуле
Впервые было получено изображение вибрации двух атомов в молекуле с помощью новой сверхбыстрой камеры.  Команда из государственных университетов штатов Огайо и Канзас использовали сверхбыстрые лазерные импульсы, чтобы выбить один электрон из его орбиты в молекуле. Через короткий ..
2012-03-12 2637 0 Научные открытия
0
Ученые Китая открыли тяжелую частицу
В Китае работающая на электрон-позитронном коллайдере группа физиков открыла новую тяжелую частицу, которая, вероятно, состоит из очарованных кварков, однако ее свойства не укладываются в существующие представления о таких частицах. Эксперимент BESIII, который проводит группа физиков из Китая, Украины, ..
2013-03-29 1835 0 Научные открытия
0
Физики приблизили мир к промышленному термояду
Учёным Института ядерной физики (ИЯФ) Сибирского отделения РАН удалось разогреть термоядерную плазму до рекордной электронной температуры 400 электрон-вольт (4 499 726,85 градусов Цельсия). Это достижение – важный результат на пути к термоядерной энергетике, подтверждающий возможность создания нейтронных генераторов ..
2013-12-6 1892 0 Научные открытия
0
Физики сымитировали троянские астероиды внутри атома
Учёные построили точную модель части Солнечной системы внутри одного атома калия, раздутого до долей миллиметра. Такой трюк исследователи выполнили, чтобы показать интересные пересечения между квантовой и классической физикой. Представление о том, что электроны вращаются вокруг ..
2012-01-26 2039 2 Научные открытия
0
Пролит свет на коррелированную электронную динамику
Учёные из Канзасского государственного университета (Kansas State University) и международная команда исследователей теперь имеют прекрасную возможность наблюдать двойные события за ионизацией по аттосекундной шкале времени, тем самым прокладывая путь для лучшего понимания во взаимодействиях между светом и веществом, ..
2012-05-21 1494 0 Научные открытия
0
Экспериментально подтверждена возможность коллапса атомов
Положительный заряд ядра и отрицательный — электрона находятся в состоянии баланса, оттого электрон на ядро не падает и не улетает от него. И всё-таки при определённых условиях этот баланс должен нарушаться, то есть электрон обязан в прямом смысле валиться на ядро, вызывая ..
2013-03-18 2246 0 Научные открытия
0
Суперкомпьютер расщепил электрон на две части
С помощью Большого адронного коллайдера, физики сталкивают друг с другом тысячи протонов и других элементарных частиц, чтобы увидеть из чего они состоят. Но им никогда не удастся проделать подобное с электронами. Не важно, как велика задействованная энергия, эти маленькие, негативно заряженные частицы ..
2012-01-23 2462 2 Научные открытия
0
Физики сфотографировали атом водорода
Группа ученых из Германии, Греции, Нидерландов, США и Франции получила снимки атома водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое полностью совпадает с результатами теоретических расчетов. Работа международной группы представлена ..
2013-05-27 2294 1 Научные открытия
0
Физики назвали фундаментальное свойство природы
Ученые из Орхусского университета (Дания) опросили своих коллег-физиков об их отношении к популярным интерпретациям квантовой механики, а также попросили ответить на вопросы, связанные с квантовой теорией. Препринт исследования находится в распоряжении редакции «Ленты.ру».Принципиальный хаотичный характер квантовых явлений, например, ..
2016-12-07 3054 0 Научные открытия
0
Физики построили квантовый компьютер в алмазе
Новое устройство содержит всего два кубита, но зато демонстрирует хорошую устойчивость. При этом кристалл работает при комнатной температуре. Последняя деталь будет очень важна, если исследователи когда-нибудь попытаются сделать квантовые компьютеры по-настоящему массовыми.  Физики из Нидерландов и США создали ..
2015-10-11 1896 0 Научные открытия
1
Число Пи нашли в квантовой механике
Физик Карл Хаген и математик Тамар Фридман из Рочестерского университета в штате Нью-Йорк вывели формулу для числа Пи из квантовой механики. Результаты своих исследований авторы опубликовали в Journal of Mathematical Physics. В своей работе ученые использовали вариационный принцип для определения ..
2015-11-12 2352 0 Научные открытия
3
Ученые придумали фотонный коллайдер
Физики-теоретики из Великобритании и Германии предложили схему получения материи из света. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Nature Photonics, кратко с ним ознакомится можно на сайте Phys.org. Ученые придумали установку, в которой фотоны (безмассовые частицы света) превращаются в массивные частицы, ..
2014-05-19 2258 0 Научные открытия
0
Бозон Хиггса проявился во «втором сезоне» Большого адронного коллайдера
ATLAS и CMS — две из четырех крупнейших коллабораций Большого адронного коллайдера — рассказали о результатах поисков бозона Хиггса в данных протон-протонных столкновений на энергии 13 тераэлектронвольт. Как сообщили представители экспериментов, оба детектора «видят» распады бозона на два фотона и на четыре лептона. Именно эти данные помогли ..
2016-08-07 1796 0 Научные открытия
1
Размер протона озадачил физиков
Физики провели измерение размера протона, результаты которого вновь оказались отличны от результатов других методов, причем причины этих различий до сих пор не ясны. Статья ученых опубликована в журнале Science , а ее краткое содержание приводит NatureNews. Для измерения размера протона ..
2013-01-26 2000 0 Научные открытия
0
Физики из МГУ создали сверхбыстрый фотонный переключатель
Физики из России и Австралии создали сверхбыстрый фотонный переключатель, работающий на кремниевых наноструктурах. Устройство может стать основой компьютеров будущего и позволить передавать данные с огромной скоростью. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nano Letters, а кратко ..
2015-10-18 1848 0 Научные открытия
0