Fysikere "observerte" Schrödingers katt med ny "pels"

I fysikk er Schrödingers katt en allegori for to av de mest imponerende effektene av kvantemekanikk:

sammenfiltring og superposisjon.Forskere fra Dresden og München har nå observert denne oppførselen i mye større skala enn de minste partiklene. Til nå var det kjent at materialer med egenskaper som magnetisme har såkalte domener – øyer der materialenes egenskaper er ensartede. Hvis dette var farger, ville de vært svarte og hvite øyer. Men ved å studere litium holmium fluorid (LiHoF 4), har fysikere oppdaget en helt ny faseovergang der domenene plutselig viser kvantemekaniske egenskaper, noe som får egenskapene deres til å bli viklet inn (forblir både svarte og hvite).

"Vår "kvantekatt" har nå en ny "pels",fordi vi har oppdaget en ny kvantefaseovergang i LiHoF 4 som ikke tidligere var kjent for å eksistere, sier Matthias Vojta, leder av Institutt for teoretisk faststofffysikk ved det tekniske universitetet i Dresden.

Egenskaper som magnetisme ellersuperledning oppstår som et resultat av faseoverganger av elektroner i krystaller. For faseoverganger ved temperaturer som nærmer seg absolutt null ved -273,15°C, spiller kvantemekaniske effekter som sammenfiltring og kvantefaseoverganger inn.

Ved svært lave temperaturer virker LiHoF 4som en ferromagnet der alle magnetiske momenter er spontant rettet i én retning. Hvis et magnetfelt påføres nøyaktig vertikalt i forhold til den foretrukne magnetiske retningen, vil de magnetiske momentene endre retning, kjent som fluktuasjoner. Jo høyere magnetfeltstyrken er, desto sterkere blir disse fluktuasjonene, inntil ferromagnetismen til slutt forsvinner fullstendig i en kvantefaseovergang. Dette fører til sammenfiltring av tilstøtende magnetiske momenter. "Hvis du tar med en prøve av LiHoF 4 til en veldig sterk magnet, vil den plutselig slutte å være spontant magnetisk. Dette har vært kjent i 25 år, sier Vojta.

Det som er nytt er hva som skjer når duendre retningen på magnetfeltet. "Vi fant at kvantefaseovergangen fortsetter å skje, mens man tidligere trodde at selv den minste skråstilling av magnetfeltet umiddelbart ville undertrykke det," forklarer studiemedforfatter Christian Pfleiderer, professor i topologi av korrelerte systemer ved det tekniske universitetet av München. Under disse forholdene er det imidlertid ikke individuelle magnetiske momenter som gjennomgår kvantefaseoverganger, men heller store magnetiske områder, de såkalte ferromagnetiske domenene.

"Vi brukte sfæriske prøver for vårepresisjonsmålinger. Det var dette som gjorde at vi kunne studere oppførselen til små endringer i magnetfeltets retning nøyaktig, legger Andreas Wendl til, som utførte eksperimentene som en del av sin doktorgradsavhandling.

"Vi har oppdaget en helt ny type kvantefaseoverganger, der sammenfiltring skjer på skalaen til mange tusen atomer, og ikke bare i mikrokosmos til noen få, forklarer Vojta. "Hvis du forestiller deg de magnetiske domenene som et svart-hvitt mønster, fører den nye faseovergangen til at de hvite eller svarte områdene blir uendelig små, det vil si at de skaper et kvantemønster, og ikke oppløses fullstendig." En nyutviklet teoretisk modell forklarer vellykket dataene som er hentet fra eksperimentene.

Les mer:

De første bildene av den underjordiske delen av Mars overrasket forskere

En galakse som ligger 12 milliarder lysår fra Jorden 'krøllet seg sammen' til en Einstein-ring

Plant på Mars produserer oksygen med samme hastighet som et gjennomsnittlig tre