Pages Menu
Categories Menu

Posted on 9.05.18 in Inštituti, Znanstveni dosežki

Slovenski fiziki potrdili misli Nobelovega nagrajenca

Slovenski fiziki potrdili misli Nobelovega nagrajenca

Skupina raziskovalcev Odseka za fiziko trdne snovi Instituta »Jožef Stefan«, ki jo je vodil Martin Klanjšek, je potrdila razmišljanje Nobelovega nagrajenca Franka Wilczeka o nenavadnih delcih, ki naj bi v naravi obstajali poleg že znanih fermionov in bozonov. V članku v prestižni reviji Nature Physics je poročala o obstoju dveh vrst nenavadnih anyonskih kvazidelcev v kvantnem magnetu α-RuCl3.

Pred štirimi desetletji je Nobelov nagrajenec Frank Wilczek razmišljal o nenavadnih delcih, ki ne bi bili niti fermioni niti bozoni; vsi doslej v naravi zaznani delci namreč pripadajo eni izmed teh dveh družin. Fermioni, kakršen je elektron, so individualisti. Neradi so v istem kvantnem stanju, zaradi česar se elektroni v atomu razporedijo po lupinah, kar je osnova za periodni sistem elementov. Bozoni, kakršen je kvant svetlobe foton, so po drugi strani konformisti. Radi so v istem kvantnem stanju, kar s pridom izkoriščamo pri delovanju laserja, močnega izvora koherentne svetlobe. Wilczek pa je razmišljal o delcih, ki ne bi bili niti fermioni niti bozoni, pač pa karkoli vmes, angleško “any”, zaradi česar jim je nadel ime anyoni.

dr. Martin Klajnšek

Takšnih delcev do zdaj v naravi še niso zaznali. Rusko-ameriški fizik Alexei Kitaev jih je teoretično predstavil v zelo odmevni napovedi, ki je eksperimentalne fizike množično zaposlovala zadnjih dvanajst let. Te dni pa je skupina slovenskih fizikov, ki so jo sestavljali Nejc Janša, Andrej Zorko, Matjaž Gomilšek, Matej Pregelj in Martin Klanjšek, skupaj s sodelavci iz Švice, potrdila njihov obstoj v kvantnem magnetu α-RuCl3.

Nove delce je razen v naravi, kjer so lahko prosti, namreč mogoče iskati tudi v snovi. Ker v tem primeru niso prosti, pač pa so vezani na snov, jim pravimo kvazidelci. Alexei Kitaev je leta 2006 v izjemno odmevnem članku napovedal, da bi lahko anyonski kvazidelci obstajali v posebni vrsti ravninskega kvantnega magneta s šestkotno mrežo. Nekaj doslej znanih primerov takšnega kvantnega magneta so raziskovalci uspeli ustvariti šele v zadnjih letih. Najobetavnejšega med njimi, plastoviti kristal α-RuCl3, so fiziki po svetu zavzeto proučevali zadnja tri leta, predvsem z namenom, komu bo prvemu uspela potrditev ali ovržba obstoja anyonov. Pred enim letom se je v to bitko vključila tudi skupina slovenskih fizikov, ki ji je potrditev obstoja anyonov v α-RuCl3 uspela, ker je rezultate svojih meritev znala razumeti na povsem nov in dotlej neuporabljen način.

Anyoni so privlačni predvsem zato, ker jih je mogoče med seboj zvezovati na enak način, kot je mogoče med seboj zvezovati vrvi, da nastanejo vozli. Ker so kvantni pojavi v splošnem zelo občutljivi na neizogibne motnje, so vozli kot topološko stabilne tvorbe v kvantni fiziki zelo iskani. Še več, vozli imajo spomin in z njihovo pomočjo je mogoče izvajati kvantne logične operacije. V svoji odmevni napovedi je Alexei Kitaev celo predvidel protokole delovanja morebitnega topološkega kvantnega računalnika, ki bi deloval na podlagi anyonov. Odkritje slovenskih fizikov torej predstavlja tudi korak proti uresničitvi topološkega kvantnega računalnika, ki predstavlja sveti gral tehnologije prihodnosti.

Foto: IJS

Post a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *