Bizarul magnetism cuantic, observat pentru prima oară de fizicieni

Magnetismul cuantic este puţin diferit de magnetismul în accepţiunea sa clasică pentru că atomii singulari au o calitate specifică particulelor ce poartă denumirea de spin (se rotesc în jurul axei proprii). Observarea comportamentului atomilor individuali a fost dificilă pentru că a necesitat răcirea atomilor până la temperaturi extrem de scăzute şi găsirea unei modalităţi de a-i ‘bloca’, scrie Agerpres.

Noua descoperire, prezentată pe larg în ultimul număr al revistei Science, deschide calea spre o mai bună înţelegere a unor fenomene fizice cum ar fi superconductivitatea, care pare să fie legată de proprietăţile cuantice colective ale unor clase de materiale.

Echipa de cercetători de la Institutul Tehnologic Federal din Elveţia, de la Zurih, s-a concentrat asupra spinului atomilor, pentru că acest spin conferă proprietăţile magnetice unui magnet – fiecare spin al atomilor dintr-un magnet este orientat în aceeaşi direcţie.

Pentru a obţine o imagine concretă a spinului atomic, cercetătorii au răcit atomi de potasiu până aproape de zero absolut (-273 grade Celsius). În acest mod, ‘zgomotul’ termic aleator – de fapt radiaţia de fundal – nu a afectat experimentul.

Alte articole

Săptămâna de lucru de patru zile, un succes în Marea Britanie, eşec total în Ungaria

Pericolul ascuns în uscătoarele de mâini! Experimentul care te va face să eviți aceste aparate pentru totdeauna

Apoi oamenii de ştiinţă au creat o ‘reţea optică’ – o structură formată din raze laser care se intersectează. Aceste raze interferează una cu cealaltă şi dau naştere unor regiuni cu energie potenţială ridicată şi respectiv scăzută. Atomii neutri (fără sarcină) tind să se concentreze în regiunile de energie scăzută, denumite ‘puţuri’ de energie scăzută.

Odată construită această ‘reţea’, atomii vor penetra aleator aceste ‘puţuri’ din cauza naturii cuantice a particulelor care le permite să fie în mai multe locuri în acelaşi timp, sau să aibă diferite niveluri energetice în acelaşi timp.

Un alt factor care determină unde se vor aşeza atomii în această incintă de raze laser este spinul lor. Astfel, doi atomi cu acelaşi spin nu se pot afla în acelaşi ‘puţ’ energetic din incinta alcătuită din raze laser. Acest lucru înseamnă că un atom are tendinţa de a pătrunde într-un ‘puţ’ energetic alături de un alt atom de spin opus. După o perioadă de timp se remarcă organizarea spontană a unei linii de atomi cu spinurile după un model nealeator. Acest tip de comportament este diferit pentru materialele din lumea macroscopică, a căror orientare poate acoperi o gamă variată de valori intermediare – acest comportament explică şi de ce majoritatea materialelor din lumea macroscopică nu sunt magneţi – spinurile electronilor din atomi sunt orientate aleator şi se anulează unul pe celălalt.

Exact acest lucru au descoperit cercetătorii elveţieni. Spinul atomilor se organizează, cel puţin la scara experimentului derulat.

‘Întrebarea care se pune este care sunt proprietăţile magnetice ale acestor lanţuri atomice unidimensionale?’, a declarat Tilman Esslinger, profesor de fizică la laboratorul ETH unde s-a derulat acest experiment. ‘Există materiale cu astfel de proprietăţi şi cum ar putea fi ele folosite?’, a mai adăugat el.

Acest experiment deschide posibilitatea creşterii numărului de atomi din aceste ‘reţele optice’ şi chiar obţinerea unor structuri atomice bidimensionale de tip reţea sau a unora triunghiulare.

‘Acest studiu oferă fundament pentru diferite alte chestiuni teoretice’, susţine profesorul Jong Han, specialist în fizica materiei condensate la State University of New York din Buffalo, care nu a participat însă la experiment. ‘Ei au stabilit faptul că au observat o ordine magnetică locală pentru grupuri de atomi’, a mai adăugat el.

Dacă această ordine identificată de oamenii de ştiinţă elveţieni se extinde şi la o scară mai mare rămâne o chestiune importantă, pentru că magnetismul rezultă din spinul atomilor aliniaţi. De obicei, aceste spinuri sunt aliniate aleator, însă la temperaturi foarte scăzute şi la scară mică acest lucru se schimbă şi astfel magneţii cuantici se comportă diferit.