De moderne natuurkunde heeft ons gewend aan vreemde en contra-intuïtieve noties van de werkelijkheid, vooral de kwantumfysica, die bekend staat om het achterlaten van fysieke objecten in vreemde toestanden van superpositie. Bijvoorbeeld, De kat van Schrödinger, die niet in staat is te beslissen of hij dood of levend is. Soms is de kwantummechanica echter beslissender en zelfs destructiever.

Symmetrieën zijn de heilige graal voor natuurkundigen. Symmetrie betekent dat men een object op een bepaalde manier kan transformeren waardoor het onveranderlijk blijft. Bijvoorbeeld, een ronde bal kan met een willekeurige hoek worden gedraaid, maar ziet er altijd hetzelfde uit. Natuurkundigen zeggen dat het symmetrisch is onder rotaties. Zodra de symmetrie van een fysiek systeem is geïdentificeerd, is het vaak mogelijk om de dynamiek ervan te voorspellen.

Soms vernietigen de wetten van de kwantummechanica echter een symmetrie die graag zou bestaan ​​in een wereld zonder kwantummechanica, d.w.z. klassieke systemen. Zelfs voor natuurkundigen ziet dit er zo vreemd uit dat ze dit fenomeen een 'afwijking' noemden.

Voor het grootste deel van hun geschiedenis, deze kwantumafwijkingen waren beperkt tot de wereld van de elementaire deeltjesfysica die werd onderzocht in enorme versnellerlaboratoria zoals Large Hadron Collider bij CERN in Zwitserland. Nu echter, een nieuw soort materiaal, de zogenaamde Weyl-halfmetalen, vergelijkbaar met 3D-grafeen, laten we de symmetrie vernietigende kwantumafwijking aan het werk zetten in alledaagse fenomenen, zoals het opwekken van elektrische stroom.

In deze exotische materialen gedragen elektronen zich in feite op dezelfde manier als de elementaire deeltjes die zijn bestudeerd in hoge-energieversnellers. Deze deeltjes hebben de vreemde eigenschap dat ze niet in rust kunnen zijn - ze moeten te allen tijde met een constante snelheid bewegen. Ze hebben ook een andere eigenschap genaamd spin. Het is als een kleine magneet die aan de deeltjes is bevestigd en ze zijn er in twee soorten. De spin kan zowel in de richting van de beweging als in de tegenovergestelde richting wijzen.

Wanneer men spreekt van rechts- en linkshandige deeltjes wordt deze eigenschap chiraliteit genoemd. Normaal gesproken zijn de twee verschillende soorten deeltjes, identiek behalve hun chiraliteit (handigheid), zouden komen met afzonderlijke symmetrieën eraan verbonden en hun aantallen zouden afzonderlijk worden behouden. Echter, een kwantumafwijking kan hun vreedzame coëxistentie vernietigen en verandert een linkshandig deeltje in een rechtshandige of vice versa.

Verschijnt in een krant die vandaag is gepubliceerd in Natuur , een internationaal team van natuurkundigen, materiaalwetenschappers en snaartheoretici, dergelijk materiaal hebben waargenomen, een effect van een zeer exotische kwantumafwijking waarvan tot nu toe werd gedacht dat deze alleen werd veroorzaakt door de kromming van de ruimte-tijd zoals beschreven door de relativiteitstheorie van Einstein. Maar tot verbazing van het team, ze ontdekten dat het ook op aarde bestaat in de eigenschappen van de vastestoffysica, waarop een groot deel van de computerindustrie is gebaseerd, variërend van kleine transistors tot clouddatacenters.

"Voor de eerste keer, we hebben deze fundamentele kwantumafwijking op aarde experimenteel waargenomen, die uiterst belangrijk is voor ons begrip van het universum, " zei dr. Johannes Gooth, een IBM Research-wetenschapper en hoofdauteur van het artikel. "We kunnen nu nieuwe solid-state apparaten bouwen op basis van deze anomalie die nog nooit eerder zijn overwogen om mogelijk enkele van de problemen die inherent zijn aan klassieke elektronische apparaten te omzeilen, zoals transistoren."

nieuwe berekeningen, gedeeltelijk gebruikmakend van de methoden van de snaartheorie, toonde aan dat deze zwaartekrachtafwijking ook verantwoordelijk is voor het produceren van een stroom als het materiaal wordt verwarmd terwijl er tegelijkertijd een magnetisch veld wordt aangelegd.

"Dit is een ongelooflijk opwindende ontdekking. We kunnen duidelijk concluderen dat dezelfde symmetriebreking kan worden waargenomen in elk fysiek systeem, of het nu plaatsvond aan het begin van het universum of vandaag gebeurt, hier op aarde, " zei Prof. Dr. Karl Landsteiner, een snaartheoreticus aan het Instituto de Fisica Teorica UAM/CSIC en co-auteur van het artikel.

IBM-wetenschappers voorspellen dat deze ontdekking een stormloop van nieuwe ontwikkelingen rond sensoren zal veroorzaken, schakelaars en thermo-elektrische koelers of apparaten voor het oogsten van energie, voor een beter stroomverbruik.