Quantum Dropleton: Seltsame neue Teilchen Acts wie Flüssigkeit

Physiker können jahrelang Suche nach neuen Teilchen, um Aspekte von den Gesetzen der Natur zu beleuchten, sondern ein internationales Team beschlossen, stattdessen ihre eigenen Teilchen.

Einen Tropfen Dropleton oder Quanten genannt, ist das neu geschaffene "Teilchen" tatsächlich eine kurzlebige Cluster von Elektronen und positiven Ladungen genannt "Löcher". Wie andere sogenannte Quasiteilchen Verhalten sich Dropletons wie einzelne Partikel.

An der Philipps-Universität Marburg, Deutschland und Joint-Institut für Astrophysik der Lab an der University of Colorado, machten die Forscher eine Zusammenballung von Elektronen und Löcher, die größer als alle zuvor erstellt wurde – 200 Nanometer oder Milliardstel Meter, über. Das ist fast groß genug, um mit einem guten Mikroskop, etwa 1-50. die dicke Baumwolle Faser zu sehen. Erst jetzt hatte Physiker geschaffen, zwei Paare Gruppen von Elektronen und Löcher, aber nie solche einer Agglomeration, die diese Flüssigkeit-wie Quantum Tröpfchen oder Dropleton bilden könnte. [Verrückte Physik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

Diese Dropletons Verhalten sich nach den Regeln der Quantenphysik, und dass Mittel Wissenschaftler die Partikel verwenden können, um zu untersuchen, wie das Licht mit Materie interagiert – ein Prozess auch Quanten-Regeln unterliegt.

Da die Dropletons hinsichtlich der Partikel so groß sind, könnte sie auch Physiker, die die Grenzen zwischen der Quantenwelt des sehr kleinen und der klassischen Welt der menschlichen Skala, die Physiker-Bericht in der 27. Februar-Ausgabe der Zeitschrift Nature zu finden helfen.

Herstellung einer dropleton

Um die Dropleton zu machen, feuerte Mackillo Kira, Professor für Physik an der Philipps-Universität und Kollegen am Joint Institute for Laboratory Astrophysics in Colorado schnelle Impulse eine extrem leistungsstarke Laser auf einen Block von Gallium-Arsenid, das gleiche Material verwendet in rotes Licht emittierende Dioden (LEDs). Jeder Impuls dauerte weniger 100 Femtosekunden oder Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Wenn das Licht die Gallium-Arsenid getroffen, die Atome freigegeben oder aufgeregt, Elektronen, die in der Gallium-Arsenid wie ein Gas oder Plasma bewegt. Wenn die negativ geladenen Elektronen ihre Plätze rund um die Atome verlassen, ließen sie Regionen positive Ladung Löcher genannt.

"In gewisser Weise [Dropletons] sind Partikel, deren Eigenschaften sind weitgehend durch die Umgebung, die sie so spannend macht, bestimmt" Kira erzählt Live Science in einer e-Mail. Zum Beispiel Halbleiter am besten funktionieren, sagte Kira, weil die Art und Weise, die ihrer Elektronen angeordnet sind es einfacher macht, sie zu begeistern.

Da die Dropleton eine künstliche Teilchen ist, wirkt mit einer Anzahl von Elektronen, es etwas wie ein super-sized Elektron. Diese Eigenschaft bedeutet, dass Physiker im Wesentlichen die Größe eines Elektrons für Experimente ändern könnte. "Dies erlaubt uns, eine künstliche Masse für ein Elektron anstelle der Naturkonstante, gemessen im freien Raum... Ingenieur," sagte Kira Leben Wissenschaft in einer e-Mail.

Zwei Mal zwei

Alle Elektron-Loch-Partikel, die erstellt wurden, ist dies die erste jemals genug Paare bilden einen Tropfen Flüssigkeit-wie halten. [Flüssige Skulpturen: umwerfende Fotos von fallenden Tropfen]

Elektronen und Löcher, mit gegenüber Gebühren, tendenziell Form Paare, Exzitonen genannt. Diese Paare sind vertraut, wer einige Arten von Solarzellen, die spezielle Materialien, die Elektron-Loch-Paare zu trennen beschäftigen, Freisetzung von Elektronen und Generierung von aktuellen verwendet wurde.

Allerdings waren die Exzitonen in diesem Experiment viel energischer. Sie hatte so viel Energie, dass sie in Gruppen verklumpen würden, als wären sie Wassertropfen zusammen festhalten. Sie waren zu diesem Zeitpunkt nicht mehr Exzitonen paarweise gebunden – sie waren Dropletons.

Die Elektronen, ungebunden von einzelnen Löchern bildeten eine Art der stehenden Wellenmuster um sie herum. Es ist ähnlich wie die Muster, die gewöhnliche Moleküle in Flüssigkeiten (man denke an einen Stein ins Wasser geworfen und das Ripple Muster erstellt), Kira sagte machen.

Dropletons dauern nicht lange, nur 25 Pikosekunden oder Trillionths einer Sekunde. Aber das ist eigentlich eine relativ lange Zeit im Hinblick auf die quantenphysikalischen Prozesse.

Kira fügte hinzu, dass die arbeiten mehrere interessante Experimente zeigen. Zum Beispiel die Photonen begeistern, die die Elektronen zu bilden, die Dropletons mit den einzelnen Exziton paar verfangen zu werden. Das bedeutet, dass es möglich ist, solche Interaktionen eine laufende Forschungsgebiet zu untersuchen.

Darüber hinaus da Dropletons mit den Photonen verwendet, um die Quasiteilchen zu verwickeln, Physiker können sie Speicher von Quantenzuständen studieren – potenziell nützlich für die Gestaltung von Quanten-basierte Kommunikationsgeräte, in denen solche Zustände als die Bits von Informationen dienen.

"Physikalische Grundverständnis dieser Untersuchungen kann unsere Fähigkeit, rational optoelektronische Geräte, wie Glasfaser-Kommunikations-Ausrüstung, verbessern", sagte er.

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