Нейтроны обнаруживают неуловимую амплитудную моду Хиггса в квантовом материале

Амплитудная мода Хиггса является кузеном бозона Хиггса в конденсированной среде, легендарной квантовой частицы, теоретизированной в 1960-х годах и экспериментально подтвержденной в 2012 году. Это один из ряда причудливых коллективных форм материи, обнаруживаемых в материалах на квантовом уровне.

Изучая эти моды, исследователи конденсированного состояния недавно обнаружили новые квантовые состояния, известные как квазичастицы, включая моду Хиггса.
Эти исследования предоставляют уникальные возможности для изучения квантовой физики и применения ее экзотических эффектов в передовых технологиях, таких как спиновая электроника, спинтроника и квантовые вычисления.
«Возбуждать квантовые квазичастицы материала таким образом, чтобы мы могли наблюдать амплитудную моду Хиггса, довольно сложно», — сказал Тао Хун, специалист по инструментам из подразделения Quantum Condensed Matter в ORNL.

Хотя амплитудная мода Хиггса наблюдалась в различных системах, «мода Хиггса часто становилась нестабильной и распадалась, сокращая возможность охарактеризовать ее, прежде чем терять ее из виду», — сказал Хонг.
Команда под руководством ORNL предложила альтернативный метод.

Исследователи выбрали кристалл, состоящий из бромида меди, потому что ион меди идеально подходит для изучения экзотических квантовых эффектов, объяснил Хонг. Они начали деликатную задачу «заморозить» взволнованные частицы квантового уровня материала, понизив его температуру до 1.4 Кельвина, что составляет около минус 457.15 градусов по Фаренгейту.

Исследователи настраивали эксперимент до тех пор, пока частицы не достигли фазы, расположенной около желаемой квантовой критической точки — зоны наилучшего восприятия, где коллективные квантовые эффекты распространяются на большие расстояния в материале, что создает наилучшие условия для наблюдения амплитудной моды Хиггса без распада.
С помощью рассеяния нейтронов, выполненного на изотопном реакторе ORNL с высоким потоком, исследовательская группа наблюдала моду Хиггса с бесконечным временем жизни: без распада.

«В физике продолжаются споры о стабильности этих очень тонких мод Хиггса», — сказал Алан Теннант, главный научный сотрудник Управления нейтронных наук ORNL. "Этот эксперимент действительно сложно провести, особенно в двумерной системе. И, тем не менее, вот четкое наблюдение, и оно стабилизировалось."

Наблюдения исследовательской группы позволяют по-новому взглянуть на фундаментальные теории, лежащие в основе экзотических материалов, включая сверхпроводники, системы с волновой плотностью заряда, ультрахолодные бозонные системы и антиферромагнетики.
«Эти открытия имеют большое влияние на наше понимание поведения материалов в атомном масштабе», — добавил Хонг.

Портал обо всем