فیزیکدانان با کشف شرایط جدیدی از ماده کریستال های بوزون ساختند - گالری ابزار زیبا

به گزارش گالری ابزار زیبا به نقل از اینترستینگ انجینرینگ،فرمیون ها ذراتی هستند که بوسیلهٔ آمار فرمی-دیراک توصیف می شوند و تمایلی ندارند در کنار هم قرار بگیرند. به عبارت دیگر فرمیون ها منزوی هستند و هیچ دو فرمیونی نمی تواند در یک لحظهٔ تعیین، یک حالت کوانتومی را اشغال نمایند.

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 نمایند. 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 خاصیت های بنیادی ذرات ریز اتمی است که معادل کلاسیک ندارد و یک خاصیت کوانتومی به شمار می آید. نزدیک ترین خاصیت کلاسیک به اسپین مقدار حرکت زاویه ای است.

این فرایند یک پدیده جالب به نام اکسیتون است که در این شرایط الکترونی با بار منفی(فرمیون) به فرمیونی با بار مثبت پیوند می خورد که نامچاله شناخته می گردد. 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 آنالیز بوزون ها بسیار سخت تر از فرمیون ها است. مشخصه فرمیون ها برهم کنش شان با نیروی الکترواستاتیک است که سبب می گردد تعامل و مطالعه آنها تقریبا آسان گردد. 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 استان کالیفرنیا خواستند تا روشی معتبر برای ایجاد و نگهداری بوزون ها در حالتی ایجاد نمایند که بتوان ویژگی های این ذرات را بهتر مطالعه و آنالیز کرد. درهمین راستا آنها روشی نوین یافتند.

این تکنیک شامل برداشتن 2 شبکه از جنس دی زلنیدتنگستن و دی سولفیدتنگستن و قراردادن لایه هایی از آنها روی یکدیگر با اندکی چرخش بود. به طور دقیق تر به جای آنکه سعی گردد 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 به وسیله 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 بعلاوه با ایجاد کریستال های بوزونیک رفتار آنها را آنالیز نمایند.

ریچن شیونگ مولف ارشد پژوهش در این باره می گوید: ما یک شرایط تازه از ماده یک عایق همبسته بوزونی را کشف کردیم. به طور معمول محققان زمان و کوشش زیادی را صرف می نمایند تا متوجه شوند وقتی فرمیون ها کنار هم قرار می گیرند، چه اتفاقی می افتد. نکته مهم تحقیق ما آنجاست که یک ماده تازه از بوزون های 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.