اثر عجیب فیزیکی ذرات می‌تواند به توصیف فیزیک سیاهچاله‌ها کمک کند

فیزیک‌دان‌ها موفق به مشاهده‌ی یک اثر مرموز به نام ناهنجاری جاذبه‌ای‌محوری در یک کریستال نیمه‌فلزی و جامد موسوم به ویل Weyl شده‌اند. استفاده از این کریستال کوانتومی برای مشاهده‌ی اثر مذکور، امکان درک بهتری فیزیک سیاهچاله‌ها را فراهم می‌کند و می‌تواند به بهبود صنعت الکترونیک کمک کند.

مشاهده ی ناهنجاری جاذبه‌ای‌محوری

فیزیک‌دان‌ها  یک اثر فیزیکی مرموز به نام ناهنجاری جاذبه‌ای‌محوری را در یک کریستال نیمه‌فلزی و جامد Weyl گزارش کرده‌اند. این اثر خمیدگی فضا‌زمان در کیهان را توضیح می‌دهد. آنها به این نتیجه رسیده‌اند که پدیده‌ی فوق به شیوه‌های مختلف در میدان‌های بی‌کران جاذبه‌ای رخ می‌دهد؛ برای مثال نزدیک به یک سیاه‌چاله یا نزدیک به زمان بیگ‌بنگ. تاثیر فوق نشان می‌دهد که میدان‌های عظیم جاذبه‌ای می‌توانند تقارن زوج‌‌های تصویری‌آینه‌ای ذرات موسوم به فرمیون ویل‌ها را به هم ریخته و منجر به عدم توازن شوند.

یوهانس گوت فیزیک‌دان و تیم او در بخش تحقیقات IBM نزدیک به زوریخ سوییس،  شواهدی را برای ناهنجاری جاذبه‌ای‌محوری به دست آورده‌اند. به دلایل روشن، تا کنون هیچکس قادر به بازسازی شرایط صحیح مشاهده‌ی این اثر در آزمایشگاه نشده است. با این حال برای ساخت یک آنالوگ آزمایشگاهی از ناهنجاری ، محققان از یک انشعاب عجیب بین دما و جاذبه در کریستال‌های فسفید نیبیوم استفاده کرده‌اند.

اثر داخل کریستال مثل رقصی به نظر می‌رسد  که به جای زوج پاهای چپ و راست، بیشترین حرکت مربوط به پاهای چپ است  و کمی هم پای راست حرکت می‌کند. این نتیجه نشان می‌دهد، کریستال‌های کوانتومی می‌توانند برای آزمایش‌های اثر فیزیکی مثل یک مکان هندسی عمل کنند که قبلا هرگز مشاهده نشده‌اند؛ البته به غیر از شرایط خاصی مانند نزدیکی یا داخل سیاه‌چاله‌ها.

کاربرد کریستال‌های کوانتومی

این ناهنجاری به گفته‌ی فیزیک‌دان‌ها می‌تواند منجر به ایجاد یک جریان الکتریکی شود؛ زیرا باعث می‌شود تا شمار بیشتری از الکترون‌ها از یک سوی ماده‌ی اسرارآمیز به سوی دیگر آن حرکت کنند؛ آنها قادر به اندازه‌گیری جریان فوق نیز شده‌اند. چنین پدیده‌ای می‌تواند برای کاربردهای سودمندی مثل تولید برق از منابع گرمایی زاید مفید باشد و در آینده‌ می‌تواند به توسعه صنایع الکترونیک کمک کند.

درک نحوه‌ی آشکار شدن این ناهنجاری در مواد اسرارآمیز مانند کریستال‌های کوانتومی می‌تواند منجر به ایجاد مسیرهای جدید تحقیقاتی در زمینه‌ی فیزیک شود. IBM امیدوار است بتواند از این تحقیق در بهبود بازدهی یک مجموعه از مواد استفاده کند که از طیف‌های دمایی برای تولید برق استفاده می‌کنند. به گفته‌ی گوت در گفت‌وگو با IEEE Spectrum:

وقتی قصد ساخت ترانزیستورها را داریم همیشه محدود به قوانین ذخیره‌سازی هستیم. این قوانین می‌توانند هرچیزی را تعریف و محدود کنند؛ و حالا مواردی را در اختیار داریم که با معادلات مکانیک کوانتوم و پرانرژی می‌توانیم بعضی از این قوانین و محدودیت‌ها را برداریم. این مسیر یک زمینه‌ی کاملا جدید برای طراحی دستگاه‌ها فراهم می‌کند. در واقع همان فیزیک نوینی که محدودیت‌های کلاسیک را دور می‌زند.