Faseovergangen omvatten veelvoorkomende verschijnselen zoals bevriezen of koken van water. evenzo, kwantumsystemen bij een temperatuur van het absolute nulpunt ervaren ook faseovergangen. De druk of het magnetische veld dat op dergelijke systemen wordt uitgeoefend, kan zo worden aangepast dat deze systemen op een kantelpunt tussen twee fasen komen. Op dit punt kwantumfluctuaties, in plaats van temperatuurschommelingen, deze transities aansturen.

Veel fascinerende fenomenen met veelbelovende technologische toepassingen op gebieden als supergeleiding zijn gekoppeld aan kwantumfaseovergangen, maar de rol van kwantumfluctuaties in dergelijke overgangen blijft onduidelijk. Hoewel er veel vooruitgang is geboekt in het begrijpen van het gedrag van individuele deeltjes zoals protonen, neutronen, en fotonen, de uitdaging om systemen te begrijpen die veel deeltjes bevatten die sterk met elkaar interageren, moet nog worden opgelost.

Nutsvoorzieningen, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van een groep aan de universiteit van Osaka heeft een duidelijk verband ontdekt tussen kwantumfluctuaties en de effectieve lading van stroomvoerende deeltjes. Deze ontdekking zal onderzoekers helpen ontdekken hoe kwantumfluctuaties systemen besturen waarin veel deeltjes op elkaar inwerken. Een voorbeeld van zo'n systeem is de interactie van elektronen bij extreem lage temperaturen. Terwijl lage temperaturen normaal gesproken de weerstand in een metaal doen dalen, de weerstand stijgt weer bij extreem lage temperaturen als gevolg van kleine magnetische onzuiverheden - dit wordt het Kondo-effect genoemd.

"We gebruikten een magnetisch veld om de Kondo-toestand in een koolstofnanobuis af te stemmen, ervoor te zorgen dat de kwantumfluctuaties de enige variabele in het systeem waren, " studie co-auteur Kensuke Kobayashi zegt. "Door de geleiding en het schotgeluid van de koolstofnanobuis direct te controleren, we waren in staat om een ​​continue cross-over tussen Kondo-staten met verschillende symmetrieën aan te tonen."

Met behulp van deze nieuwe benadering, ontdekten de onderzoekers een verband tussen kwantumfluctuaties en de effectieve lading van stroomvoerende deeltjes, e*. De ontdekking betekent dat metingen van e* kunnen worden gebruikt om kwantumfluctuaties te kwantificeren.

"Dit is heel spannend, omdat het de weg vrijmaakt voor toekomstig onderzoek naar de exacte rol van kwantumfluctuaties in kwantumfaseovergangen, ", legt professor Kobayashi uit. Het begrijpen van kwantumfase-overgangen heeft het potentieel om veel interessante toepassingen mogelijk te maken op gebieden zoals supergeleiding, Mott isolatoren, en het fractionele quantum Hall-effect.