يؤكد الفيزيائيون الحالة الغريبة للمادة

اكتشف الباحثون دليلًا واضحًا على وجود إثارة كمومية غريبة داخل سائل مغزلي ثلاثي الأبعاد نادر، مما يؤكد صحة عقود من النظرية.

مجموعة بحث دولية بقيادة Pengcheng Dai جامعة رايس لقد تحقق الآن من وجود فوتونات ناشئة وإثارات دوران مجزأة داخل سائل دوران كمي نادر. ذكرت في فيزياء الطبيعةتؤكد الدراسة أن المركب البلوري لأكسيد الزركونيوم السيريوم (Ce₂Zr₂O₇) يقدم مثالًا ملموسًا ثلاثي الأبعاد لهذه الحالة غير العادية للمادة.

لقد أبهرت السوائل المغزلية الكمومية المنظرين لعقود من الزمن لأنها يمكن أن تمكن التقنيات التحويلية مثل الحوسبة الكمومية ونقل الطاقة بلا فقدان. على عكس المغناطيسات العادية، تعرض هذه المواد حركة متشابكة للغاية بين لحظاتها المغناطيسية عند درجات حرارة قريبة الصفر المطلق، مما يخلق الظروف التي يمكن أن تظهر فيها الديناميكا الكهربائية الكمومية الناشئة.

قال داي، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة سام وهيلين ووردن: “لقد أجبنا على سؤال كبير مفتوح من خلال الكشف المباشر عن هذه الإثارة”. “هذا يؤكد أن Ce₂Zr₂O₇ يتصرف كجليد كمي مغزلي حقيقي، وهو فئة خاصة من السوائل المغزلية الكمومية في ثلاثة أبعاد.”

الوضوح التجريبي في مجال صاخب

وللكشف عن هذه السلوكيات، طبق الفريق طرقًا متقدمة لتشتت النيوترونات المستقطبة، والتي يمكنها تمييز الإشارات المغناطيسية عن أي نوع آخر من التشتت، حتى في ظل ظروف درجات الحرارة القريبة من الصفر. وقد سمح لهم هذا النهج بتحديد الأنماط المميزة التي تشير إلى وجود سائل كمي مغزلي.

وفي الوقت نفسه، كشفت قياسات الفريق عن حالات طارئة الفوتون تظهر الإشارات عند طاقة تقارب الصفر، وهي السمة المميزة التي تميز الجليد الكمي المغزلي عن الأطوار المغناطيسية النموذجية. وقد عززت اختبارات إضافية للحرارة النوعية للمركب هذا الاستنتاج، مما يشير إلى أن الفوتونات الناشئة المتوقعة تنتشر عبر المادة بطريقة تشبه كيفية تحرك الموجات الصوتية عبر مادة صلبة.

غالبًا ما أعاق الضجيج الفني والبيانات غير المكتملة الجهود السابقة للتحقق من صحة مثل هذا السلوك. وقد تغلب فريق البحث بقيادة رايس على هذه العوائق من خلال إعداد العينات المحسن والأدوات الدقيقة، بما في ذلك التعاون الدولي من المختبرات الكبرى في أوروبا وأمريكا الشمالية.

سابقة علمية ذات تأثير بعيد المدى

والجدير بالذكر أن الفوتونات والسبينونات الناشئة – وهي السمات المميزة للجليد الكمي المغزلي – تمت ملاحظتها في مادة مرشحة ثلاثية الأبعاد. يحسم اكتشاف الباحثين جدلاً طويل الأمد في فيزياء المادة المكثفة ويوفر منصة قوية لاستكشاف تقنيات الجيل التالي.

وقال بن جاو، عالم الأبحاث في قسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة رايس والمؤلف الأول للدراسة، إن هذه النتيجة التأسيسية تؤكد صحة عقود من التنبؤات النظرية.

وقال جاو: “هذه النتيجة المفاجئة تشجع العلماء على النظر بشكل أعمق في مثل هذه المواد الفريدة، مما قد يغير كيفية فهمنا للمغناطيس وسلوك المواد في النظام الكمي المتطرف”.

المرجع: “تشتت النيوترونات والأدلة الديناميكية الحرارية للفوتونات الناشئة والتجزئة في الجليد المغزلي البيروكلوري” بقلم بن جاو، وفيليكس ديروشرز، وديفيد دبليو تام، وديانا إم. كيرشباوم، وبول ستيفنز، وأرنو هيس، ودوي ها نغوين، ويكسي سو، وسانغ ووك تشيونغ، وسيلك باشين، ويونغ بايك كيم، وبنغتشينغ داي، 19 يونيو 2025, فيزياء الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41567-025-02922-9

من بين المؤلفين المشاركين في هذه الدراسة فيليكس ديروشرز ويونج بايك كيم من جامعة تورنتو؛ خريج جامعة رايس ديفيد تام من معهد بول شيرير؛ سيلك باشن، وديانا كيرشباوم، ودوي ها نغوين من جامعة فيينا للتكنولوجيا؛ بول ستيفنز وأرنو هيس من معهد لاوي لانجفين؛ Yixi Su من مركز Jülich التابع لـ Heinz Maier-Leibnitz Zentrum؛ وسانغ ووك تشيونغ من جامعة روتجرز.

وقد دعمت وزارة الطاقة الأمريكية، ومؤسسة جوردون وبيتي مور، ومؤسسة روبرت أ. ويلش هذه الدراسة.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.