Природа электрона. Уж сколько раз мы беседовали про эту странную частицу. Именно она почему-то привлекает особое внимание любителей популярной науки. Неизменным в наших разговорах оставалось лишь одно - электрон относится к лептонам и является фундаментальной частицей, что в переводе на русский язык означает, что она не распадается.
В то же время, распад электрона предсказывался гипотетически. Теории приводили к тому, что даже эта фундаментальная частица может распадаться на три составляющих. Но оказывается пока мы спорили, ещё аж в 2014 году было проведено интересное исследование на эту тему.
В чём суть?
Сорок лет назад теоретики предсказали удивительный эффект: в некоторых магнитных материалах электроны могут вести себя так, словно они дробятся на части. И вот теперь экспериментаторы сумели зафиксировать это явление. В двумерном кристалле хлорида рутения они обнаружили признаки так называемой квантовой спиновой жидкости — экзотического состояния вещества, где привычные электроны превращаются в квазичастицы, известные как майорановские фермионы.
В публикации в Nature Materials исследователи описали, как проверяли эту идею. Они облучали образец пучком нейтронов и смотрели на возникающий интерференционный узор. Для обычного твёрдого тела он должен состоять из чётких линий, но для квантовой спиновой жидкости ожидался совершенно иной рисунок — широкие размытые дуги. Ещё в 2014 году один из авторов работы предсказал именно такой результат, и эксперимент полностью совпал с теорией.
Как вообще связаны электроны и спиновая жидкость?
Что же скрывается за этим названием — квантовая спиновая жидкость? Чтобы ответить, вспомним, что у каждого электрона есть квантовое свойство «спин», которое можно условно представить как стрелку, направленную вверх или вниз.
В кристаллах при охлаждении спины обычно упорядочиваются, словно маленькие стрелки компаса, выстраиваясь в одном направлении. Но бывают материалы, где даже при низких температурах спины так и не приходят в порядок — в них царит хаотическое движение.
Такое состояние и назвали «жидкостью». Только это не обычная вода или масло, а квантовый хаос электронных спинов, который не исчезает даже при экстремальном охлаждении.
Внутри этой хаотичной среды электроны начинают вести себя как будто они раздроблены на более простые сущности. Физики описывают их через особые квазичастицы — майорановские фермионы.
Итальянский физик Этторе Майорана ещё в 1937 году предположил существование частиц, которые одновременно являются и собой, и своей античастицей. В отличие от электрона и позитрона, которые взаимно уничтожают друг друга, майорановский фермион может аннигилировать сам с собой. В реальном эксперименте такие объекты не изолированы, а возникают как эффективное описание коллективного поведения в сложной системе.
Можно ли сказать, что майорановские фермионы «настоящие»?
В прямом смысле их нельзя поймать в пробирку, но сама идея даёт удивительно точные предсказания. А значит, они существуют хотя бы как удобный язык описания странного квантового мира.
В 2014 году группа учёных рассчитала, как именно должны рассеиваться нейтроны на системе с майорановскими фермионами. И когда такой эксперимент наконец поставили, узор совпал с предсказанием. Для физиков это сигнал: за гипотезой стоит реальный эффект.
Если свести всё к сути: исследователи впервые получили экспериментальные доказательства того, что квантовая спиновая жидкость действительно существует. В ней электроны ведут себя так, будто распадаются на майорановские фермионы. Это открытие подтверждает старую теорию и открывает путь к новым исследованиям.
Вопрос скорее в том, можно ли считать термин "как будто" реальным подтверждением распада электрона, или всё это некоторые умозрительные промежуточные состояния, где ожидаема такая каша без существующего процесса...
Хочется помочь проекту, но нет возможности купить премиум? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️. Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями