Un nouvel état étrange de la matière a été découvert en écrasant des particules subatomiques en un cristal ultra-dense
Les physiciens ont découvert un nouvel état étrange de la matière sous la forme d’un cristal hautement ordonné de particules subatomiques. Le nouvel état de la matière, appelé « isolant de boson lié », pourrait conduire à la découverte de nombreux nouveaux types de matériaux exotiques constitués de matière condensée, selon les chercheurs, qui détaillent leurs découvertes dans une étude publiée le 11 mai dans la revue Nature. . les sciences.
Les particules subatomiques peuvent être séparées en deux classes : les fermions et les bosons. Les principales différences entre les deux sont leur rotation et leur interaction.
Les fermions, tels que les électrons et les protons, sont souvent considérés comme les éléments constitutifs de la matière car ils constituent des atomes et se caractérisent par leur spin à moitié correct. Deux fermions identiques ne peuvent pas occuper le même espace en même temps.
Les bosons, d’autre part, transportent de la force – comme des photons ou des paquets de lumière – et sont considérés comme le ciment de l’univers, tenant ensemble forces fondamentales de la nature. Ces particules contiennent un spin entier et plusieurs bosons peuvent exister au même endroit en même temps.
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« Les bosons peuvent occuper le même niveau d’énergie ; les fermions n’aiment pas rester ensemble », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Qinhao Jinun physicien de la matière condensée de l’Université de Californie à Santa Barbara, a déclaré dans A déclaration. « Ensemble, ces comportements construisent l’univers tel que nous le connaissons. »
Mais il existe un cas dans lequel deux fermions peuvent se transformer en un boson : si un électron chargé négativement est fixé à un « trou » chargé positivement dans un fermion différent, il forme une particule de boson appelée « exciton ».
Pour voir comment les excitons interagissent les uns avec les autres, les chercheurs ont superposé un réseau de disulfure de tungstène sur un réseau similaire de diséléniure de tungstène dans un motif de chevauchement appelé moiré. Ensuite, ils ont projeté un puissant faisceau de lumière à travers les grilles – une méthode connue sous le nom de « spectroscopie pompe-sonde ». Ces conditions ont poussé les excitons ensemble jusqu’à ce qu’ils deviennent si denses qu’ils ne pouvaient plus bouger, créant un nouvel état cristallin chargé symétriquement et chargé de manière neutre – un isolant lié au boson.
« Traditionnellement, les gens ont mis l’essentiel de leurs efforts à comprendre ce qui se passe lorsque vous assemblez de nombreux fermions », a déclaré Jin. « L’idée maîtresse de notre travail est que nous avons fabriqué un nouveau matériau à partir des bosons en interaction. »
Les chercheurs ont déclaré que c’était la première fois que ce nouvel état de la matière était créé dans un système de matière « réel », par opposition aux systèmes synthétiques, offrant un nouvel aperçu du comportement des bosons. De plus, les méthodes utilisées par l’équipe pour découvrir ce nouvel état de la matière pourraient aider les scientifiques à créer de nouveaux types supplémentaires de matière bosonique.
« Nous savons que certains matériaux ont des propriétés très étranges », a déclaré Jin. « L’un des objectifs de la physique de la matière condensée est de comprendre pourquoi elle possède des propriétés si riches et de trouver des moyens de faire apparaître ces comportements de manière plus fiable. »
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