Спиновая жидкость помогла доказать, что электрон не является элементарной частицей

Изучая квантовые спиновые жидкости, физики наблюдали странное поведение электрона: он вел себя так, будто состоит из двух частиц, одна из которых обеспечивает электрический заряд, а вторая — спин.

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.

https://www.popmech.ru/science/news-698033-spinovaya-zhidkos...

Эксперимент продолжался два года. Его ставили на Большом адронном коллайдере.

Ученые из Московского физико-технического института, Национального исследовательского ядерного университета и Физического института им. Лебедева РАН обнаружили новый резонанс элементарной частицы. Об этом сообщается на сайте МФТИ.

Эксперимент продолжался два года. Его ставили на Большом адронном коллайдере. Новую частицу обнаружили с большой статистической значимостью.

Ранее российские физики рассказали о подготовке к синтезу новых элементов таблицы Менделеева. Речь идет о 119-м, 120-м и 121-м элементах периодической системы химических элементов. Благодаря фабрике сверхтяжелых элементов российские физики надеются получить их первыми.

Алена Миронова

via

Поговорим об акте творения. Нет,  я не вкладываю никакого религиозного смысла в данные слова. Речь пойдёт о Большом Взрыве и времени до формирования реликтового излучения, то есть до того момента, как Вселенная стала прозрачной для фотонов, а вместе с ними для всего излучения.

Наша Вселенная начала своё существование 13,799±0,021 миллиарда лет назад.

Самый ранний момент времени о котором у нас есть информация это Планковская Эпоха, продолжалась она 10^-43 секунды после сингулярности, то есть планковское время, имела энергию среды равной планковской: ~1,22*10^19 гигаэлектронвольт (ГэВ), планковскую плотность (~5,1*10^96 кг/м³), плансковский радиус ( ~1,6*10^−35 м) и планковскую температуру (1,41*10^32 К (Кельвина). Из-за крайне малого размера Вселенной квантовые эффекты гравитации преобладали над физическими взаимодействиями, а сила гравитации была сопоставима с другими Взаимодействиями, для сравнения сейчас гравитация — самая слабая сила во Вселенной и сила гравитационного взаимодействия между протоном и электроном в атоме водорода слабее их электростатического притяжения в 2*10^39 раз. Впрочем сама гравитация ещё не отделилась от других взаимодействий, то есть все четыре взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное были объединены в одно Первичное Взаимодействие. В эту же Эпоху произошёл фазовый переход некоторого количества энергии в материю, и образовались элементарные частицы.

Состояние Вселенной в Планковскую Эпоху из-за экстремальных показателей температуры и плотности было нестабильным, произошло нарушение барионной симметрии (на данный момент мы наблюдаем барионную асимметрию, то есть преобладание вещества над антивеществом) и отделение гравитации от остальных взаимодействий.

С отделения гравитации начинается вторая Эпоха жизни нашей Вселенной — Эпоха Великого Объединения (ЭВО) или Эпоха Суперсимметрии.
В этот период квантовые эффекты начинают слабеть, а более привычные нам законы общей теории относительности, наоборот набирают силу. Разделение первичного взаимодействия на гравитационное и электроядерное привело к нарушению однородности и плотности вещества ранней Вселенной. ЭВО длилась с 10^-43 до 10^-35 секунды и к концу Эпохи Вселенная остыла до 10^27 K, её плотность составляла 10^74 г/см³, а энергия 10^14 ГэВ.

В конце ЭВО от электроядерного взаимодействия отделяется сильное взаимодействие, что даёт начало Инфляционной Эпохе, характеризующейся ускорением расширения Вселенной, вторичным нагревом до температур выше 10^28 K, а так же формированием крупномасштабной структуры Вселенной. Инфляционная Эпоха закончилась 10^-32 секунды от момента Большого Взрыва.

Начинается стадия радиационного доминирования, которая закончится, в Протонную Эпоху.

Первая Эпоха стадии радиационного доминирования — Электрослабая Эпоха, длившаяся с 10^-32 секунды по 10^-12. Температура Вселенной ещё крайне высока для того, чтобы электрослабое взаимодействие распалось на электромагнитное и слабое. За счёт высокой температуры и энергии среды образуются W-, Z- бозоны — переносчики слабого взаимодействия и бозоны Хиггса.

Из-за дальнейшего расширения Вселенной её температура и энергия падали, что привело к разделению электрослабого взаимодействия на слабое и электромагнитное, началась Кварковая Эпоха  (10^-12 – 10^-6 секунды), именно в ней образовалась кварк-глюонная плазма, которая в следующую Адронную Эпоху (10^-6 – 100 секунд), охлаждаясь, образует адроны: барионы и мезоны. Большая часть адронов, после их образования, аннигилировала с антиадронами, вся материя которую мы видим сейчас из, состоит из тех частиц, которым не хватило пары для аннигиляции.  В эту же Адронную Эпоху, спустя 2 секунды после Большого Взрыва высвобождаются нейтрино. А спустя ещё одну секунду, из-за снижения температуры Вселенной перестают образовываться лептоны.

Из-за того что адрон-антиадронные пары проаннигилировали основной массой в ранней Вселенной остаются лептоны, которые тоже аннигилируют со своими античастицами во время Лептонной Эпохи или Эпохи Нуклеосинтеза.

Первичный нуклеосинтез длится всю эпоху в период с 100 секунды до 3-х минут после Большого взрыва, дальше температура Вселенной падает слишком низко для дальнейшего нуклеосинтеза. В результате первичного нуклеосинтеза образовались водород и его изотопы — около 75%, гелий так же с изотопами, около 25% и следовые количества лития, менее 10^-9 от общего количества.

В Протонную Эпоху вещество начинает доминировать над излучением, из-за чего изменяется режим расширения Вселенной и через 70000 лет после Большого взрыва заканчивается стадия радиационного доминирования, начинается стадия доминирования вещества. К концу Протонной эпохи 380000 лет после Большого Взрыва, происходит рекомбинация водорода, то есть замедлившиеся электроны соединяются с протонами в атомы, (до этого в период нуклеосинтеза образовались ядра атомов) и Вселенная становится прозрачной для излучения. То излучение мы и называем Реликтовым Фоном или Реликтовым излучением.

Сноски.
Первичное взаимодействие — взаимодействие объединяющее гравитационное, сильное, слабое и электромагнитное.
Электроядерное взаимодействие — взаимодействие объединяющее сильное, слабое и электромагнитное.
Электрослабое взаимодействие — взаимодействие объединяющее слабое и электромагнитное.


Текст написал я, тэг моё.