فیزیکدانان با کشف وضعیت جدیدی از ماده کریستال های «بوزون» ساختند

به گزارش مهر به نقل از اینترستینگ انجینرینگ،فرمیون‌ها ذراتی هستند که بوسیلهٔ آمار فرمی-دیراک توصیف می‌شوند و تمایلی ندارند در کنار هم قرار بگیرند. به عبارت دیگر فرمیون‌ها منزوی هستند و هیچ دو فرمیونی نمی‌تواند در یک لحظهٔ معین، یک حالت کوانتومی را اشغال کنند.

فرمیون ها و بوزون ها ذرات اصلی در یک مدل استاندارد از فیزیک ذرات به شمار می روند. علاوه بر آن فرمیون ها از مواد اصلی ساخت مواد به حساب می آیند. بوزون ها نیز یکی از نیروهای بنیادین طبیعت را منتقل می کنند. مشخصه هر دو آنها اسپین است. فرمیون ها دارای اسپین نیمه صحیح (بنابراین1.2، 3.2، و غیره) و بوزون ها دارای اسپین عدد صحیح کامل (1،2 و غیره). اسپین از خاصیت‌های بنیادی ذرات ریز اتمی است که معادل کلاسیک ندارد و یک خاصیت کوانتومی به‌شمار می‌آید. نزدیک‌ترین خاصیت کلاسیک به اسپین اندازه حرکت زاویه ای است.

این فرایند یک پدیده جالب به نام اکسیتون است که در این وضعیت الکترونی با بار منفی( فرمیون) به فرمیونی با بار مثبت پیوند می خورد که نام«چاله» شناخته می شود. به این ترتیب 2 اسپین نیمه صحیح ترکیب می شوند تا یک اسپین صحیح یا همان ذره بوزونیک را به وجود بیاورند.

به طور معمول بررسی بوزون ها بسیار سخت تر از فرمیون ها است. مشخصه فرمیون ها برهم کنش شان با نیروی الکترواستاتیک است که سبب می شود تعامل و مطالعه آنها تقریبا آسان شود. بوزون ها مانند فوتون ها تمایلی به برهمکنش با یکدیگر ندارند و به سختی ساخته می شوند. بنابراین مطالعه آنها مشکل تر است.

محققان دانشگاه سانتاباربارا ایالت کالیفرنیا خواستند تا روشی معتبر برای ایجاد و نگهداری بوزون ها در حالتی ایجاد کنند که بتوان ویژگی های این ذرات را بهتر مطالعه و بررسی کرد. درهمین راستا آنها روشی نوین یافتند.

این تکنیک شامل برداشتن 2 شبکه از جنس دی‌زلنیدتنگستن و دی‌سولفیدتنگستن و قراردادن لایه هایی از آنها روی یکدیگر با اندکی چرخش بود. به طور دقیق تر به جای آنکه سعی شود الگوهای شبکه به سمت بالا کشیده شوند، یکی از آنها کمی در زاویه پیچ داده و الگویی به نام moiré ایجاد شد. تاثیرmoiré تداخل مکانیکی نور توسط شبکه های روی هم قرار گرفته از خطوط است.

محققان با تاباندن پالس های قدرتمند نور به این الگو توانستند اکسیتون های بین دو شبکه را فعال و همچنین با ایجاد کریستال های بوزونیک رفتار آنها را بررسی کنند.

ریچن شیونگ مولف ارشد پژوهش در این باره می گوید: ما یک وضعیت جدید از ماده « یک عایق همبسته بوزونی» را کشف کردیم. به طور معمول محققان زمان و تلاش زیادی را صرف می کنند تا متوجه شوند وقتی فرمیون ها کنار هم قرار می گیرند، چه اتفاقی می افتد. نکته مهم تحقیق ما آنجاست که یک ماده جدید از بوزون‌های در حال تعامل ساختیم.

هرچند مشهور است که بوزون ها در دمای بسیار سرد و تحت شرایط خاص متراکم می شوند، اما بوزون های این پژوهش در دماهای بالا متراکم شدند. این روند تا زمانی ادامه یافت که یک ساختار کریستالی جامد به وجود آمد.