Vědci pozorovali exotickou anomálii v umělém krystalu. Kredit: Robert Strasser, Kees Scherer; koláž: Michael Büker.

Jestli má někdo patent na podivné a neintuitivní jevy, které se příčí běžnému chápání reality, tak to bude kvantová mechanika. Mrtvé a zároveň živé kočky představují jenom špičku ledovce. Kvantová mechanika si někdy dovede ošklivě zahrát se symetriemi, kterých si jinak fyzici nesmírně cení. Stává se, že zákony kvantové mechaniky zruší symetrii, která si pokojně funguje ve světě bez kvantové mechaniky. V některých případech to fyzikům přijde tak divné, že mluví o anomálii.

Johannes Gooth. Kredit: IBM Research.

Kvantové anomálie nejsou žádné konspirační žvásty. Na ulici je ale obvykle nepotkáte. Za normálních okolností se jejich výskyt omezuje na extrémně vybavené laboratoře s mohutnými urychlovači, jako je například Velký hadronový srážeč v CERNu. To se teď ale změnilo.

Johannes Gooth z IBM Research a jeho tým ve svém průlomovém výzkumu, který se objevil v novém čísle časopisu Nature, pozorovali kvantovou anomálii ve Weylových polokovech (Weyl semimetals). Weylovy polokovy jsou krystaly, v nichž se jako excitované stavy o nízké energii objevují Weylovy fermiony. Tyto po mnohaletém úsilí nedávno objevené kvazičástice mají, na rozdíl od elektronů, nulovou hmotnost a řadu dalších zajímavých vlastností, které je předurčují pro využití v nových technologiích.

Schéma, které vysvětluje smíšenou anomálii. Jen pro odborníky. Kredit: IBM Research.

Weylovy polokovy připomínají 3D grafen. A nabízejí možnost pozorovat zvláštní fyzikální jevy za běžných podmínek. Elektrony se v nich totiž chovají dost podobně jako částice studované na výkonných urychlovačích částic. Gooth a jeho spolupracovníci použili Weylův polokov fosfid niobu (NbP) a pozorovali v něm smíšenou kalibračně gravitační anomálii (mixed axial–gravitational anomaly). Zní to nesmírně dobrodružně a ve fantazii čtenáře se možná již otevírají podivné gravitační portály. Taková anomálie to ve skutečnost není, i tak jde ale o velmi zajímavý úspěch, který by mohl mít praktické důsledky.

IBM Research.

Gooth a spol. poprvé experimentálně ověřili velmi exotickou anomálii, o které se doposud vědci domnívali, že se může objevit pouze zakřivením prostoročasu. Jak se ale ukázalo, může se zjevit i v pozemské laboratoři. Pozorování zmíněné anomálie má nemalý význam pro naše chápaní vesmíru a mechanismů, které jsou v pozadí. Zároveň prý bude možné postavit nové typy zařízení, jak například tranzistory, které budou založené na této anomálii. Doposud jsme s něčím takovým nepočítali.

Podle nových výpočtů, vycházejících z teorie strun, je tato smíšená kalibračně gravitační anomálie rovněž zodpovědná za elektrický proud, který vzniká, když je určitý materiál zahříván a zároveň vystavený působení magnetického pole. Vědci IBM se netají tím, že by jejich průlomové pozorování mohlo vést k vývoji nových senzorů, přepínačů anebo třeba generátorů elektřiny.

Literatura
IBM Blog Research 19. 7. 2017, Nature 547: 324-327, Wikipedia (Mixed anomaly).