اولین شواهد تجربی برای وجود یک ذره شبیه به گراویتون در یک ماده کوانتومی

خلاصه خبر:

دانشمندان دانشگاه کلمبیا، دانشگاه نانجینگ، پرینستون و دانشگاه مونستر شواهدی از حالت‌های گراویتون کایرال (CGMs) در نوع خاصی از مواد کشف کرده‌اند. CGM ها شبیه ذرات فرضی به نام گراویتون هستند که با گرانش مرتبط هستند. محققان از تکنیکی با نور برای مشاهده ویژگی‌های CGM که توسط هندسه کوانتومی پیش‌بینی می‌شوند، استفاده کردند. این کشف زمینه های مکانیک کوانتومی و فیزیک ماده متراکم را به هم متصل می کند و شکاف بین نیروهای بنیادی و خواص مواد را پر می کند. این یافته‌ها این پتانسیل را دارند که درک ما از جهان و تعامل بین مکانیک کوانتومی و نظریه‌های نسبیت اینشتین را عمیق‌تر کنند. دانشمندان از کمک های فیزیکدان "آرون پینچوک" که کار خود را وقف مطالعه مواد مشابه کرده بود، قدردانی کردند.

توضیحات تکمیلی:

دانشمندان دانشگاه کلمبیا، دانشگاه نانجینگ، پرینستون و دانشگاه مونستر به کشف هیجان انگیزی در یک نوع ماده دست یافته اند. آنها شواهدی از ذرات خاصی به نام حالت‌های گراویتون کایرال (CGMs) یافتند که شبیه به ذرات فرضی به نام گراویتون هستند که با گرانش مرتبط هستند. این کشف می تواند به ما کمک کند تا بفهمیم مکانیک کوانتومی و نظریه های نسبیت انیشتین چگونه با هم تطابق دارند.

دانشمندان شکل خاصی از ماده به نام مایع اثر هال کوانتومی کسری (FQHE) را مطالعه کردند. با استفاده از یک تکنیک خاص با نور، آنها توانستند ویژگی های CGM را که توسط شاخه ای از ریاضیات به نام هندسه کوانتومی پیش بینی شده بود، مشاهده کنند. این ویژگی ها شامل اسپین ذرات و انرژی آنها می شود.

کشف CGM در این نوع مواد مهم است زیرا دو حوزه فیزیک را به هم متصل می کند: مطالعه ذرات کوچک (مکانیک کوانتومی) و مطالعه مواد و خواص آنها (فیزیک ماده متراکم). 

اثبات تجربی موفقیت‌آمیز CGMها در مایعات FQH، فرصت‌هایی را برای تحقیقات بیشتر در فیزیک با انرژی بالا و فیزیک ماده متراکم باز می‌کند. این یافته ها نه تنها تأثیر متقابل بین هندسه و همبستگی در فیزیک عجیب  را روشن می کند، بلکه میراث فیزیکدان فقید  "آرون پینچوک"  را نیز گسترش می دهد، که نقش مهمی در مطالعه مایعات FQHE و توسعه تکنیک های تجربی برای کاوش سیستم های کوانتومی پیچیده ایفا کرد.

محققان بر این باورند که تکنیک نور پلاریزه آنها می تواند برای کشف سطوح انرژی بالاتر در مایعات FQHE به کار گرفته شود و به طور بالقوه می تواند به سایر سیستم های کوانتومی مانند ابررساناها نیز گسترش یابد. کشف CGM ها در یک سیستم ماده متراکم نشان دهنده گامی مهم در جهت کشف فیزیک اثرات متریک کوانتومی در سیستم های همبسته توپولوژیکی است و ممکن است راه را برای پیشرفت های قابل توجهی در درک ما از نیروهای بنیادی و ماهیت جهان هموار کند.

منبع

Jiehui Liang et al, Evidence for chiral graviton modes in fractional quantum Hall liquids, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07201-w