O nouă cvasiparticulă a fost descoperită de către cercetătorii de Universitatea Tehnică din Viena

Fizicienii operează în munca lor de zi cu zi cu un model care include două tipuri de particule: particulele fundamentale, cele care se află la baza materiei din care suntem formaţi noi şi Universul din jurul nostru şi cvasiparticulele, acestea reprezintă excitări sau diferite stări ale unor sisteme formate din mai multe particue care se comportă unitar, asemănător unei singure particule.

Cercetătorii de la Universitatea Tehnică din Viena au descoperit cu ajutorul simulărilor computerizate  nouă astfel de particule: pi-ton, formată din doi electroni şi o gaură. Articolul în care este prezentată descoperirea teoretică include şi o porţiune în care este prezentat design-ul experimental pentru identificarea acestei cvasi-particule în natură, notează Phys.

• De ce uneori zăpada pare albastră?
• O gaură neagră masivă din Universul timpuriu, surprinsă în timp ce trage „un pui de somn”

Profesorul Karsten Held explică: „Cea mai simplă cvasi-particule este o gaură […] Să ne imaginăm, de exemplu, că mulţi atomi sunt aranjaţi într-un model regulat într-un cristal şi că există un electron în mişcare la fiecare atom. Doar la un anumit atom lipseşte electronul, acesta se numeşte >. Acum, un electron se poate deplasa de la atomul vecin, gaura iniţială este închisă, se deschide o nouă gaură”.

Pornind de la aceste observaţii, oamenilor de ştiinţă le este mai uşor să studieze „găurile” în locul electronilor aflaţi într-o continuă mişcare. Deplasarea găurilor lăsate de către eletroni poate fi înţeleasă prin prisma unor reguli clare: atunci când electronii se deplasează într-o direcţie, gaura se îndreaptă în direcţia opusă. Trebuie precizat faptul că observarea acestei cvasi-particule poate fi realizată doar în interiorul anumitor materiale, precum cristalul folosit pentru simulare. 

Dr. Held explică faptul că diferenţa dintre particule şi cvasi-particule nu este atât de clară. „Strict vorbind, chiar şi particulele obişnuite pot fi înţelese doar în contextul mediului lor. Chiar şi în vid, excitaţiile cu găuri de particule apar constant, deşi pentru un timp foarte scurt. Fără ei, masa unui electron, de exemplu, ar fi complet diferită. În acest sens, chiar şi în experimentele cu electroni obişnuiţi, ceea ce vedem este într-adevăr un electron cvasi-particulă”.

Pi-ton

Descoperirea acestei particule a avut loc atunci când Dr. Anna Kauch şi Dr. Petra Pudleiner au vrut să studieze excitonii, o pereche formată dintr-un electron şi o gaură, şi au descoperit că ecuaţiile pe care se baza simularea lor nu corespundeau cu datele obţinute. Această discrepanţă a fost atribuită acestei noi cvasi-particule: pi-ton.

„Denumirea pi-ton provine de la faptul că cei doi electroni şi cele două găuri sunt menţinuţi împreună prin fluctuaţii de densitate de sarcină sau fluctuaţii de rotaţie care realizează o rotaţie a acestora cu 180 de grade de la un punct al cristalului la următorul cu un unghi de pi, măsurat în radiani”, explică dr. Kauch.

Studiul Generic Optical Excitations of Correlated Systems: pi-tons a fost publicat în Physical Review Letters.

Citeşte şi: