Учените са наблюдавали ново състояние на електронната материя в квантовата скала, такова, което се образува, когато електроните се струпват заедно по време на транзит, и това може да подобри нашето разбиране и прилагане на квантовата физика.

Движението е ключово за това ново квантово състояние. Когато електрическият ток се прилага към полупроводници или метали, електроните вътре обикновено се движат бавно и донякъде случайно в една посока.

Не е така в специален тип среда, известна като балистичен проводник, където движението е по-бързо и равномерно.

Новото проучване показва как в много тънки балистично проводящи проводници, електроните могат да се събират – създавайки изцяло ново квантово състояние на материята, направено единствено от ускоряващи електрони.

„Обикновено електроните в полупроводници или метали се движат и се разпръскват и в крайна сметка се тръгват в една посока, ако приложите напрежение“, казва физикът Джереми Леви от Университета в Питсбърг. „Но в балистичните проводници електроните се движат повече като коли по магистрала.“

„Откритието, което направихме, показва, че когато електроните могат да бъдат направени да се привличат един друг, те могат да образуват снопчета от два, три, четири и пет електрона, които буквално се държат като нови видове частици, нови форми на електронна материя.“

Балистичните проводници могат да се използват за разтягане на границите на възможното в електрониката и класическата физика, а този, използван в този конкретен експеримент, е направен от лантанов алуминат и стронциев титанат.

Интересното е, че когато изследователите измерват нивата на проводимост, че те следват един от най-известните модели в математиката – триъгълника на Паскал. С увеличаването на проводимостта тя се засилва по образец, който съответства на един от редовете на триъгълника на Паскал, следвайки реда 1, 3, 6, 10 и така нататък.

„Откритието ни отне известно време, за да го разберем, но това беше, защото първоначално не осъзнавахме, че гледаме частици, съставени от един електрон, два електрона, три електрона и т.н.“, казва Леви.

Това струпване на електрони е подобно на начина, по който кварките се свързват, за да образуват неутрони и протони, според изследователите. Електроните в свръх проводниците могат да се обединят по този начин, обединявайки се по двойки, координират движението си.

Откритията може да имат нещо, което да ни научи за квантовото заплитане, което от своя страна е от ключово значение за постигане на напредък в квантовите изчисления и супер сигурен, супер бърз квантов интернет.

Според Леви това е още един пример за това как ние реверсивно проектираме света въз основа на това, което открихме от откриването на основите на квантовата физика. Надграждайки се върху важна работа, извършена през последните няколко десетилетия.

„Сега в 21-ви век разглеждаме всички странни прогнози на квантовата физика, обръщаме ги и ги използваме“, казва Леви.

„Когато говорим за приложения, ние мислим за квантовите изчисления, квантовата телепортация, квантовите комуникации, квантовото усещане – идеи, които използват свойствата на квантовата природа на материята, които бяха игнорирани преди.“

Изследването е публикувано в Science.