Учёные получили новое состояние вещества — они собрали субатомные квазичастицы в сверхплотный кристалл

Учёные Калифорнийского университета в Санта-Барбаре пропустили мощный луч света через два химических соединения и открыли экзотический материал из субатомных квазичастиц. Новый материал они назвали «бозонным коррелированным изолятором» — это высокоупорядоченный кристалл из экситонов, которые относятся к субатомным квазичастицам. И он представляет собой новое состояние вещества.

Формирование кристалла электронами и «дырками» — художественная иллюстрация. Источник изображения: ucsb.edu

Субатомные частицы можно разделить на фермионы и бозоны. Они отличаются друг от друга спином и особенностями взаимодействия. Фермионы, а это, например, кварки и электроны, рассматриваются как строительные блоки материи — из них образуются атомы, а частицы эти характеризуются полуцелым спином. Бозоны же являются переносчиками взаимодействия — к ним, в частности, относятся фотоны — и считаются своего рода клеем Вселенной, поскольку связывают воедино фундаментальные силы природы. Эти частицы имеют целые спины; несколько бозонов могут находиться в одной и той же точке пространства одновременно, тогда как фермионы собираться вместе «не любят».

При этом известен случай, когда два фермиона образуют бозон. Если отрицательно заряженный электрон образует связь с положительно заряженной «дыркой» (квазичастицей), то вместе они формируют бозонную квазичастицу, называемую экситоном. Американские учёные решили изучить взаимодействие экситонов, наложив решётку дисульфида вольфрама на аналогичную решётку диселенида вольфрама и образовав узор, который называется муаром. Далее на обе решётки учёные направили сильный луч света, из-за чего экситоны начали активно сталкиваться и образовали новую кристаллическую материю с нейтральным зарядом — бозонный коррелированный изолятор.

Исследователи отметили, что это новое состояние вещества впервые было создано в системе «реальной» материи, а не синтетической системе, что даёт ключи к новому пониманию поведения бозонов. И прокладывает пути к созданию бозонных материалов нового типа.