Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Brown ανακάλυψαν μια νέα κατηγορία σωματιδίων με ασυνήθιστες κβαντικές ιδιότητες. Τα σωματίδια αυτά, που ονομάζονται κλασματικά εξιτόνια, θα μπορούσαν να διευρύνουν σημαντικά την κατανόηση του κβαντικού κόσμου και να ανοίξουν ακόμη και νέους ορίζοντες στην κβαντική πληροφορική. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature.
Τα κλασματικά εξιτόνια έχουν ανακαλυφθεί σε έρευνες που σχετίζονται με το κλασματικό κβαντικό φαινόμενο Hall. Το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται όταν ένα μαγνητικό πεδίο εφαρμόζεται σε έναν αγωγό με ηλεκτρικό ρεύμα, δημιουργώντας μια τάση. Στο κλασικό φαινόμενο Hall, η τάση αυξάνεται με ακέραια άλματα, ενώ στο κλασματικό φαινόμενο Hall τα άλματα αυτά είναι κλασματικά κλάσματα του φορτίου του ηλεκτρονίου.
Για το πείραμα, οι επιστήμονες δημιούργησαν μια δομή που αποτελείται από δύο στρώματα γραφενίου που χωρίζονται από έναν κρύσταλλο εξαγωνικού νιτριδίου του βορίου, γεγονός που επέτρεψε τον προσεκτικό έλεγχο της κίνησης των ηλεκτρικών φορτίων. Υπό αυτές τις συνθήκες, δημιουργήθηκαν εξιτόνια – ζεύγη που αποτελούνται από ένα ηλεκτρόνιο και μια “τρύπα” (η απουσία ενός ηλεκτρονίου). Υπό τη δράση πολύ ισχυρών μαγνητικών πεδίων, οι επιστήμονες παρατήρησαν κλασματικά εξιτόνια που παρουσίαζαν ασυνήθιστες ιδιότητες.
Τα σωματίδια χωρίζονται συνήθως σε δύο τύπους: μποζόνια και φερμιόνια. Τα μποζόνια μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση χωρίς περιορισμό, ενώ τα φερμιόνια ακολουθούν την αρχή του Pauli, η οποία απαγορεύει σε δύο φερμιόνια να καταλαμβάνουν την ίδια κατάσταση. Ωστόσο, τα κλασματικά εξιτόνια συνδυάζουν τις ιδιότητες τόσο των μποζονίων όσο και των φερμιονίων, καθιστώντας τα κάτι μεταξύ αυτών των τύπων σωματιδίων.
Η ομάδα σκοπεύει να μελετήσει περαιτέρω τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν τα κλασματικά εξιτόνια και να διαπιστώσει αν είναι δυνατόν να ελεγχθεί η συμπεριφορά τους. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτό θα μπορούσε να επηρεάσει την ανάπτυξη ταχύτερων και πιο αξιόπιστων κβαντικών υπολογιστών στο μέλλον.
Προηγουμένως έχουν οριστεί πηγές μυστηριωδών διαστημικών ραδιοσημάτων.