Zaobserwowano formowanie się kwazicząstek

No to wydarzenie świat naukowy czekał od wielu dekad. Udało się zaobserwować tworzenie się kwazicząstek, czyli tajemniczego zjawiska występującego w niektórych ciałach stałych. Teraz jesteśmy o kork bliżej zrozumienia tego zjawiska i wykorzystania mechanizmów za niego odpowiedzialnych do budowy superszybkiej elektroniki i komputerów kwantowych.

Kwazicząstkę wykorzystuje się do sposobu opisu obiektów fizycznych. Odpowiedzialne są one za wystąpienie niektórych dziwnych zjawisk fizycznych, które dzieją się w niecodziennych okolicznościach, np. w systemach kwantowych wielu ciał lub materiałach półprzewodnikowych. Przykładem jest elektron poruszający się w ciele stałym. Podczas tego ruchu, dochodzi do polaryzacji chmury elektronów w materiale, które można opisać mianem kwazicząstki.

Można zobrazować to jako samochód zjeżdżający z wzniesienia, który rozrzuca wokół siebie kamienie i wznieca pył. Samochód wówczas jest otoczony chmurą pyłu i kamieni. Razem z nimi tworzy system, który ma inne właściwości, niż samochód poruszający się bez chmury.

Kwazicząstki i ich formacje zostały szeroko opisane w modelach teoretycznych, ale ich obserwacja w naturalnych warunkach jest prawdziwym wyzwaniem. To dlatego, że zjawisko to dzieje się w bardzo małej skali i jest niesamowicie krótkie.

Zaobserwowanie tworzenia się kwazicząstki jest niesamowitym wyczynem, gdyż proces ten trwają tylko kilka attosekund, co sprawia, że ich obserwacja jest niezwykle trudna.

1 attosekunda to jedna trylionowa sekundy. Jest to czas, w którym światło przebywa drogę równą długości trzech atomów wodoru. Aby można było ten proces zobaczyć, Austriaccy fizycy musieli znaleźć sposób, jak spowolnić ten proces.

Tak więc w komorze próżniowej zastosowano techniki laserowe do stworzenia ultrazimnego gazu kwantowego złożonego z atomów litu i małej liczby atomów potasu wewnątrz. Skorzystano również pola magnetycznego do stworzenia kwazicząstki znanej jako polaron Fermiego, który w zasadzie składa się z atomów potasu osadzonych w chmurze litu.

Co ciekawe formowanie się kwazicząstek w normalnych warunkach zajęłaby 100 attosekud, ale ponieważ układem był ultrazimny gaz kwantowy, udało się go znacznie spowolnić, aż do kilku mikrosekund. W ten sposób fizycy odkryli nową metodę obserwacji powstawania tego procesu. Teraz będą pracowali oni nad zastosowaniem swojej metody do budowy bardziej wydajnych komputerów kwantowych.