Pendant des années, les étudiants ont appris qu'il y avait quatre états de matière observables: les solides, les liquides, les gaz et le plasma. Mais, grâce aux travaux de physiciens de l’Université de Cambridge et du Oak Ridge National Laboratory, il faudra peut-être mettre à jour les manuels de science avec une toute nouvelle phase de la matière: le «liquide quantique à spin».
Contenu connexe
- La recherche de neutrinos insaisissables en Antarctique génère d'énormes quantités de données
Après des décennies de recherche, les chercheurs ont découvert la première pièce de preuve observable de cet état insaisissable, documentée récemment par Nature Materials. Voici trois choses à savoir sur le liquide à spin quantique:
Ce n'est pas vraiment un liquide
Le «liquide» dans «liquide de spin quantique» est presque impropre. Contrairement aux liquides familiers tels que l'eau, le mot désigne ici le comportement des électrons dans certaines circonstances rares. Tous les électrons ont une propriété appelée spin et peuvent monter ou descendre. En général, lorsque la température d'un matériau diminue, ses électrons ont tendance à commencer à tourner dans la même direction. Cependant, pour les matériaux à l'état liquide à spin quantique, les électrons ne s'alignent jamais. En fait, ils deviennent de plus en plus désordonnés, même à des températures de zéro absolu, rapporte Fiona MacDonald pour Science Alert . C'est cette nature chaotique et fluide qui a poussé les physiciens à qualifier cet état de «liquide».
Cela donne l'impression que les électrons se séparent
Chaque atome de l'univers est composé de trois particules: des protons, des électrons et des neutrons. Les physiciens ont constaté que les protons et les neutrons sont composés de particules encore plus petites, appelées quarks, mais jusqu'à présent, les électrons se sont révélés indivisibles. Cependant, il y a environ 40 ans, les physiciens théoriciens ont émis l'hypothèse que, dans certaines circonstances, les électrons de certains matériaux peuvent sembler se scinder en quasi-particules appelées «fermions de Majorana», écrit Sophie Bushwick pour Popular Science .
Maintenant, les électrons ne se séparent pas réellement, ils agissent comme s'ils le faisaient. Mais ce qui est vraiment étrange chez les fermions de Majorana, c’est qu’ils peuvent interagir les uns avec les autres au niveau quantique comme s’ils étaient réellement des particules. Cette propriété étrange est ce qui donne aux liquides à spin quantique leurs propriétés désordonnées, car les interactions entre les fermions de Majorana l'empêchent de s'installer dans une structure ordonnée, écrit Bushwick.
Contrairement à la façon dont les molécules d’eau deviennent ordonnées lorsqu’elle se fige en glace, le refroidissement du liquide à spin quantique n’entraîne aucune réduction du désordre.
Les liquides à spin quantique pourraient aider à développer des ordinateurs quantiques
Aussi puissants que puissent être les ordinateurs modernes, toutes leurs opérations se résument à coder des informations sous forme de séquences de zéros et de uns. Les ordinateurs quantiques, en revanche, pourraient théoriquement être beaucoup plus puissants en codant des informations à l'aide de particules subatomiques pouvant tourner dans plusieurs directions. Cela pourrait permettre aux ordinateurs quantiques d'exécuter plusieurs opérations en même temps, ce qui les rendrait plus rapidement que les ordinateurs normaux. Selon les auteurs de l'étude, les fermions de Majorana pourraient un jour être utilisés comme blocs de construction des ordinateurs quantiques en utilisant les quasi-particules à rotation rapide pour effectuer toutes sortes de calculs rapides. Bien que ce soit encore une idée très théorique, les possibilités d'expériences futures sont excitantes.
