Физики из Центра имени Гельмгольца в Берлине (HZB) показали в новой теоретической работе, что фрактоны – экзотические квазичастицы – могут существовать в реалистичной модели квантового твердого тела. Это приближает их к экспериментальному обнаружению, поскольку ранее существование фрактонов предсказывали только в рамках крайне отвлеченных теорий.
Фрактоны – особый тип квазичастиц, которые возникают из коллективного поведения множества взаимодействующих частиц в кристалле. Их ключевая особенность – почти полная неподвижность. Отдельный фрактон не может перемещаться самостоятельно и сдвигается с места только при взаимодействии с другими такими же частицами.
Именно это свойство может найти применение в технологиях. Ученые полагают, что на основе фрактонов можно будет создавать более надежные системы для хранения квантовой информации, так как их состояние будет сложно нарушить случайным образом.
Теоретически фрактоны могут появляться в так называемых квантовых спиновых жидкостях. Это состояние вещества, при котором магнитные моменты электронов в кристалле не образуют упорядоченную структуру даже при абсолютном нуле, а продолжают хаотично колебаться. Проблема заключалась в том, что все предыдущие модели, описывавшие такие системы, были слишком абстрактными.
В своих более ранних работах команда под руководством профессора Йоханнеса Ройтера и доктора Нильса Ниггеманна столкнулась с трудностями. Компьютерные симуляции показывали, что при сильных квантовых эффектах фрактоны исчезали, а при слабых – теряли квантовые свойства и вели себя как обычные классические частицы.
В новом исследовании физики усовершенствовали модель, которая описывает взаимодействие спинов. Численное моделирование подтвердило: фаза вещества, где могут существовать полноценные квантовые фрактоны, достижима в более реалистичных физических условиях.
Теперь ученым предстоит найти или создать в лаборатории систему, которая воспроизводит условия, заложенные в модели. Это позволит экспериментально проверить, появятся ли в ней фрактоны. Перспективной платформой для таких экспериментов считают симуляторы на ридберговских атомах.
