HZB-dəki tədqiqatçılar kvant fizikasının daha qeyri-adi proqnozlarından birini eksperimental reallığa yaxınlaşdırmaq üçün mühüm bir addım atıblar. Əvvəllər yüksək dərəcədə ümumiləşdirilmiş ölçü sahə nəzəriyyələrindən istifadə edərək kvant spin mayelərində proqnozlaşdırılan ekzotik kvazipartiküllər olan fraktonun indi daha real kvant bərk hal modelinin simulyasiyalarında da peyda olduğu bildirilir.

Kvazipartiküllər bərk cismin içərisində bir çox qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklərin kollektiv davranışından yaranır. Məsələn, kristal qəfəsdən hərəkət edən titrəmələr fononlar kimi tanınan kvazipartiküllər kimi təsvir edilə bilər.

Fraktonlar daha qeyri-adi haldır. Onlar müxtəlif spin düzülüşlərini ayıran maqnit domen divarlarının künclərində görünür və onların əsas xüsusiyyəti son dərəcə məhdud hərəkətliliyidir. Tək bir frakton əslində təkbaşına hərəkət edə bilmir və yalnız digər fraktonlarla qarşılıqlı təsir yolu ilə yerini dəyişə bilər.

Bu məhdudiyyət potensial olaraq faydalı ola bilər. Fraktonları hərəkət etdirmək çox çətin olduğundan, tədqiqatçılar kvant məlumatlarını daha etibarlı şəkildə saxlamaq üçün bir yol təqdim edə biləcəklərini irəli sürdülər.

Fiziklər fraktonun kvant spin mayeləri də daxil olmaqla bir neçə növ sistemdə baş verə biləcəyini proqnozlaşdırıblar. Bunlar kristallardakı qeyri-adi maddə hallarıdır, burada elektronların maqnit momentləri hətta 0° K-də belə heç vaxt sabit bir düzülüşdə yerləşmir. Bunun əvəzinə, onlar mayedəki atomların daimi hərəkətinə bənzər şəkildə dalğalanmağa davam edirlər.

Fraktonları Daha Realist Modellərə Gətirmək

İndiyə qədər kvant spin mayelərində proqnozlaşdırılan fraksiyalar təcrübələrdə birbaşa müşahidə edilməyib. İndiyə qədər bu hissəciklərin nəzəri proqnozları yüksək dərəcədə ümumiləşdirilmiş ölçü sahələri nəzəriyyələrinə (2-ci dərəcəli U(1) ölçü nəzəriyyələri) əsaslanırdı.

Professor Yohannes Reuter və Dr. Nils Niggemann tərəfindən aparılan bir araşdırma, fraksiyaların kvant bərk cismin daha real modelində də ortaya çıxa biləcəyini göstərərək, bu ideyanı eksperimental sınaqlara daha da yaxınlaşdırdı.

Klassik modellərdən fərqli olaraq, bu simulyasiyalar kvant effektlərini nəzərə alır. Lakin tədqiqat qrupunun əvvəlki işləri böyük bir problemlə qarşılaşdı. Kvant effektləri çox güclü olduqda, fraksiyalar yox oldu. Çox zəif olduqda, fraksiyalar yalnız həqiqi kvant davranışı olmadan klassik hissəciklər kimi yaşaya bildilər.

Tədqiqatçılar modelin spinlər arasındakı qarşılıqlı təsirləri təmsil etmə tərzini təkmilləşdirməklə bu çətinliyi aradan qaldıra bildilər. Onların yeni ədədi simulyasiyaları maddənin axtarılan fazasının daha real kvant şəraitində mövcud ola biləcəyinə dair dəlillər təqdim edir.

Kvant Nəzəriyyəsindən Eksperimental Aşkarlamaya

“Bu mürəkkəb spin qarşılıqlı təsirini modelləşdirərkən, eksperimental bərk cisim fizikası üzrə HZB həmkarlarımızla şəxsi mübadilələrdən faydalanırıq”, – deyə Yohannes Reyter bildirib.

Növbəti çətinlik nəzəri modeldə fərz edilən şərtləri təkrarlayan real fiziki sistemləri müəyyən etmək və ya yaratmaqdır. Bunu etmək tədqiqatçılara proqnozlaşdırılan fraksiyaların həqiqətən də görünüb-görünmədiyini eksperimental olaraq yoxlamağa imkan verə bilər.

Rydberg atom simulyatorları belə bir təcrübə üçün mümkün platformalardan biridir və bu çətin kvant kvazipartiküllərini nəhayət aşkar etmək üçün perspektivli bir yol təqdim edə bilər.