Fizycy po raz pierwszy zobaczyli, jak atomy kryształu odwracają swój obrót

Wpraw atomy kryształu w obrót w jedną stronę, przekaż ten ruch drugiemu wewnętrznemu drganiu, a obrót może wyjść kręcąc się w przeciwną stronę. Fizycy zaobserwowali to teraz bezpośrednio we wnętrzu ciała stałego po raz pierwszy, uchwyciwszy chwilę, w której moment pędu sieci odwrócił się, przechodząc między dwoma własnymi drganiami kryształu.

Zespół opisuje wynik celowo dziwną arytmetyką: 1 + 1 = −1. Dwa obroty skierowane w tę samą stronę połączyły się i dały jeden kręcący się w przeciwną. W rachunkach naprawdę nic się nie złamało, bo brakujący obrót został odebrany gdzie indziej w układzie, ale lokalny efekt to rodzaj odwrócenia, na które intuicja nie pozwala.

Obiektem jest selenek bizmutu, kryształ ceniony już w fizyce za nietypowe zachowanie powierzchni. Tutaj liczy się jego wewnętrzny mechanizm. Atomy w ciele stałym nie tkwią w miejscu: drgają we wzorcach zwanych drganiami sieci, a niektóre z tych wzorców mogą nieść obrót, maleńki zmagazynowany moment pędu, który zwykle pozostaje porządnie rozliczony.

Polecane lekturyGrudka metalu z 10 000 atomów znalazła się jednocześnie w dwóch miejscach

Byaby zobaczyć jego ruch, zespół musiał mocno popchnąć i szybko patrzeć. Wystrzelił ultrasilne impulsy laserowe w zakresie terahercowym, by zmusić jedno drganie do ruchu obrotowego po okręgu, a potem użył drugiego ultraszybkiego impulsu, by obserwować, co się dzieje, gdy ten obrót sprzęga się z sąsiednim drganiem. Odwrócenie ujawniło się w tym, jak wracał drugi impuls.

Ciekawy jest nie sam trik, lecz to, co otwiera. Moment pędu uwięziony w drganiach to jedna z ukrytych nici stojących za magnetyzmem, a śledzenie go, gdy przeskakuje między drganiami, daje badaczom bezpośredni uchwyt na proces, który dotąd trzeba było wnioskować. Opanowanie tego uchwytu mogłoby stać się sposobem na sterowanie egzotycznymi materiałami, na których opierają się technologie kwantowe.

Na razie wynik wart jest ostrożnego czytania. Powstał w konkretnym krysztale, w polach laserowych dużo silniejszych niż cokolwiek w codziennej elektronice, a obrót, który się odwraca, to zbiorowy obrót sieci, a nie swobodne atomy koziołkujące jak luźne kulki. Czy to samo odwrócenie pojawia się w innych materiałach i czy da się je wykorzystać, a nie tylko obserwować, pozostaje otwarte.

Pracę, prowadzoną przez współpracę łączącą Instytut Fritza Habera Towarzystwa Maxa Plancka, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf i TU Dresden z partnerami w Jülich i Eindhoven, opublikowano w Nature Physics w maju 2026 roku. Ta sama technika laserowa, która ujawniła odwrócenie, to narzędzie, które grupy zamierzają teraz skierować na inne kryształy, by sprawdzić, jak powszechny jest naprawdę odwrócony obrót.

Więcej podobnych

Teleskop Webba zmapował 164 000 galaktyk i odsłonił sieć kosmiczną młodego wszechświata

Tlen zmapowany w 4 546 punktach NGC 1365 rekonstruuje 12 miliardów lat galaktycznej ewolucji

Webb znalazł galaktykę kilkukrotnie cięższą od Drogi Mlecznej, która prawie się nie obraca

Polowanie na ruten: jak sztuczna inteligencja uczyniła z rzadkiego metalu nowe złoto

Internet jeszcze żyje. Problem w tym, że my sami zaczynamy pisać jak boty

Zablokowanie jednego białka zamienia komórki odpornościowe w skuteczniejsze niszczyciela raka