Спиновая жидкость помогла доказать, что электрон не является элементарной частицей
Почти 50 лет назад физики высказали предположение, что электрон не является элементарной частицей. Теперь, после анализа трех лет наблюдений ученые подтвердили эту точку зрения — они обнаружили признаки спинона, отвечающего за спин электрона
Экспериментальные результаты подтверждают предсказание, сделанное несколько десятилетий назад для объяснения одного из самых странных состояний материи — квантовой спиновой жидкости. Во всех материалах спин электрона может быть направлен либо вверх, либо вниз. В обычном магните все спины в определенных температурных пределах направлены в одну сторону.
Однако в таких жидкостях спины не могут выстроиться в однородную структуру даже при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. Вместо этого они постоянно изменяют свое направление в сложном, но скоординированном порядке. В результате получается одно из самых запутанных квантовых состояний, которое представляющее большой интерес для исследователей в растущей области квантовых вычислений.
Чтобы описать это поведение математически, лауреат Нобелевской премии по физике Филип Андерсон (1923-2020), который впервые предсказал существование спиновых жидкостей в 1973 году, предложил рассматривать электрон как совокупность двух частиц, одна из которых отвечает за его отрицательный заряд, а другая за спин. Вторую частицу Андерсон назвал спиноном.
В новом исследовании авторы искали признаки спинона в спиновой жидкости, состоящей из атомов рутения и хлора. При температуре в 0,5K и в присутствии сильного магнитного поля кристаллы хлорида рутения переходили в состояние спиновой жидкости. Осциллирующий сигнал, который искали физики, был очень слабым, поэтому измерения требовали чрезвычайно точного контроля температуры образца, а также тщательной калибровки термометров в сильном магнитном поле. После анализа данных, полученных в результате трех лет наблюдений, ученые смогли обнаружить достоверные признаки существования спинона. А это значит, что электрон не является элементарной частицей, так как состоит из меньших по размеру частей.
Статья об открытии опубликована в журнале Nature Physics.
