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田纳西州橡树岭国家实验室和剑桥大学的物理学家们共同发现了一种新的物质状态。该杂志报道了这项开创性的研究结果 性质 详细描述了被称为“量子自旋液体”的长期理论但却难以捉摸的状态 - 其中电子似乎分裂成较小的碎片。
“这是物质的一种新的量子状态，已被预测但以前从未见过，”剑桥卡文迪什实验室的科学家，该论文的共同作者之一Johannes Knolle在新闻发布会上说。
任何具有物理基础知识的人都知道有三种主要的物质状态：固体，液体和气体。知识更多的人可能会知道另外两种经典状态：等离子体（构成高能量事件的自由带电粒子）和胶体（“之间”同时构成两种状态，如黄油）。
然而，存在十几个其他状态，这些状态只能在非常小的尺度或非常惊人的事件中观察到。其中之一就是量子自旋液体：一种混乱状态，需要更多解释才能真正了解正在发生的事情。
根据量子力学，每个粒子都可以表现出两种角动量。第一个是轨道角动量，第二个是旋转。这两个动作的粗略类比是围绕太阳旋转的行星，表现出轨道和轴向旋转。
当一个系统实现了一系列相互作用的量子自旋时，与固体冰相比，它被认为处于无序状态，就像液态水无序一样。量子自旋液具有类似的行为，但在低温下。不是以统一的模式聚集在一起，例如将物质组合在一起成为固体状态，而量子液体旋转中的一大块物质将继续像一团热汤一样不规律地行动。事实上，活动是如此极端，以至于粒子实际上分崩离析。这是一个与冷环境中的预期完全矛盾的场景。
在这种情况下，研究小组在一种类似于石墨烯的二维材料中观察到称为Majorana费米子的分数粒子。他们观察到的类似于假设的量子旋转液体模型，称为Kitaev模型。结果终于结束了对这种状态的40年搜索。
更具体地说，新的量子自旋液体观测揭示了一种称为电子分裂的特性，这种特性有朝一日可能有助于构建新型量子计算机，这种计算机通过绕过传统材料的极限，比现在的机器运行速度更快。
这种突破是未来几十年。然而，事实上我们能够在肉体中观察到一种新的物质状态，这只是人类在理解自然界如何运作时尚未划清表面的另一个迹象。