Фізики з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі розкрили секрети надзвичайного матеріалу, виготовленого з бозонів. Традиційно наукова спільнота зосереджувалася на розумінні поведінки ферміонів, субатомних частинок, що відповідають за стабільність і взаємодію матерії. Однак цей нещодавній прорив досліджує унікальні властивості бозонів, проливаючи світло на менш вивчену сферу фізики елементарних частинок.

Наклавши решітки диселеніду та дисульфіду вольфраму у скрученій конфігурації, відомій як муаровий візерунок, вони створили високо впорядкований кристал бозонних частинок, які називаються екситонами, що призвело до нового стану матерії, названого “бозонним корельованим ізолятором”.

Бозони відрізняються від ферміонів своєю особливою поведінкою. У той час як ферміони уникають займати один і той самий енергетичний рівень, бозони легко поділяють його, що зумовлює їхні особливі характеристики.

За словами професора Ченхао Цзіня, фізика конденсованих середовищ з UCSB, “бозони можуть займати один і той самий енергетичний рівень, ферміони не люблять залишатися разом. Разом ця поведінка формує Всесвіт, яким ми його знаємо”.

Для спостереження та ідентифікації екситонів у матеріалі дослідники застосували метод “спектроскопії зонда накачування”. Вони наклали дві решітки і піддали їх інтенсивному освітленню, дослідники стимулювали створення і взаємодію екситонів. Цей метод забезпечив сприятливе середовище для прояву екситонів і дозволив дослідити їхню поведінку.

Примітно, що зі збільшенням щільності екситонів вони ставали нерухомими завдяки сильним взаємодіям, що призводило до високо впорядкованого кристалічного стану та ізолюючого ефекту. Кореляція між цими бозонними частинками при певній густині змусила їх організуватися в симетричний твердий і зарядово нейтральний ізолятор. Це відкриття знаменує собою перший випадок, коли такий матеріал був створений у реальній, а не синтетичній системі матерії.

Річен Сіонг, аспірант-дослідник з групи Цзіня і провідний автор дослідження, опублікованого в журналі Science, підкреслив важливість їхніх результатів: “Ми відкрили кореляцію, яка привела бозони у високо впорядкований стан. Ми створили платформу для вивчення бозонів у реальних матеріалах, якої раніше не було”.

Завдяки використанню муарової платформи і спектроскопії зонда накачування цей прорив може прокласти шлях до розробки і дослідження нових бозонних матеріалів. Джин підкреслює потенційні наслідки: “Існують багаточастинкові фази з ферміонами, які призводять до надпровідності. Існують також багатотілесні аналоги з бозонами, які також є екзотичними фазами. Тому ми створили платформу для вивчення бозонів і відкрили нові можливості для розуміння фізики конденсованих середовищ”.

Це революційне відкриття не лише розкриває таємниці бозонних матеріалів, але й дає уявлення про особливі властивості, що спостерігаються в різних речовинах. Дослідники прагнуть глибше зануритися в багату поведінку цих матеріалів і знайти способи їх надійнішого використання.