Tegenwoordig, films en videogames geven steeds realistischere 3D-beelden weer op 2D-schermen, waardoor kijkers de illusie krijgen in een andere wereld te staren. Voor veel natuurkundigen Hoewel, dingen plat houden is veel interessanter.

Een reden is dat vlakke landschappen nieuwe bewegingspatronen kunnen ontsluiten in de kwantumwereld van atomen en elektronen. Bijvoorbeeld, door de derde dimensie af te werpen, kan een geheel nieuwe klasse deeltjes ontstaan ​​- deeltjes die niet netjes in de twee klassen passen, bosonen en fermionen, geleverd door de natuur. Deze nieuwe deeltjes, bekend als anyons, veranderen op nieuwe manieren wanneer ze van plaats wisselen, een prestatie die ooit een speciaal soort kwantumcomputer zou kunnen aandrijven.

Maar iedereen en de omstandigheden die ze produceren waren buitengewoon moeilijk te herkennen in experimenten. In een paar artikelen die deze week zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , JQI-collega Alexey Gorshkov en verschillende medewerkers stelden nieuwe manieren voor om deze ongewone platte fysica te bestuderen, wat suggereert dat kleine aantallen beperkte atomen zouden kunnen fungeren als stand-ins voor de kieskeurige elektronen waarvan eerst werd voorspeld dat ze laagdimensionale eigenaardigheden zouden vertonen.

"Deze twee artikelen dragen bij aan de groeiende literatuur die de belofte aantoont van koude atomen voor het bestuderen van exotische natuurkunde in het algemeen en iedereen in het bijzonder, "zegt Gorshkov. "In combinatie met recente vorderingen in experimenten met koude atomen - onder meer door de groep van Ian Spielman bij JQI - duidt dit werk op opwindende experimentele demonstraties die misschien net om de hoek liggen."

In het eerste blad, die werd geselecteerd als suggestie van de redactie, Gorshkov en collega's stelden voor op zoek te gaan naar een nieuwe experimentele handtekening van anyons - een die zichtbaar zou kunnen zijn in een kleine verzameling atomen die rondhuppelen in een 1-D-raster. Eerder werk suggereerde dat dergelijke systemen het wisselgedrag van iedereen zouden kunnen simuleren, maar onderzoekers wisten alleen manieren om de effecten bij extreem lage temperaturen te herkennen. In plaats daarvan, Fangli Liu, een afgestudeerde student aan JQI, samen met Gorshkov en andere medewerkers, een manier gevonden om de aanwezigheid van iedereen te detecteren zonder zulke ijskoude klimaten nodig te hebben.

Gewoonlijk, atomen symmetrisch verspreid in de tijd in een 1-D raster, maar iedereen zal over het algemeen de voorkeur geven aan links boven rechts of omgekeerd. De onderzoekers voerden aan dat eenvoudige veranderingen aan de laser die wordt gebruikt om het raster te maken, ervoor zouden zorgen dat de atomen minder op zichzelf en meer op iedereen lijken. Door te meten hoe het aantal atomen op verschillende locaties in de loop van de tijd verandert, het zou dan mogelijk zijn om de asymmetrie te herkennen die van iedereen wordt verwacht. Verder, het aanpassen van de laser zou het gemakkelijk maken om de favoriete richting in het experiment te veranderen.

"De motivatie was om iets te gebruiken dat geen extreem koude temperaturen nodig had om de anyons te onderzoeken, " zegt Liu, de hoofdauteur van het artikel. "De hoop is dat misschien soortgelijke ideeën in meer algemene situaties kunnen worden gebruikt, zoals het zoeken naar gerelateerde asymmetrieën in twee dimensies."

In het tweede blad, Gorshkov en een aparte groep medewerkers vonden theoretisch bewijs voor een nieuwe staat van materie die nauw verwant is aan een Laughlin-vloeistof, het prototypische voorbeeld van een stof met topologische volgorde. In een Laughlin-vloeistof, deeltjes - oorspronkelijk elektronen - vinden ingewikkelde manieren om elkaar te vermijden, wat leidde tot de opkomst van iedereen die slechts een fractie van de elektrische lading draagt ​​die door een elektron wordt vastgehouden.

"Iedereen is vrijwel nog steeds theoretische constructies, " zegt Tobias Gras, een postdoctoraal onderzoeker bij JQI en de hoofdauteur van het tweede artikel, "en experimenten moeten ze nog overtuigend aantonen."

Hoewel fractionele ladingen zijn waargenomen in experimenten met elektronen, veel van hun andere voorspelde eigenschappen zijn onmeetbaar gebleven. Dit maakt het moeilijk om naar ander interessant gedrag te zoeken of om Laughlin-vloeistoffen nader te bestuderen. Gras, Gorshkov en hun collega's suggereerden een manier om de interacties tussen een handvol atomen te manipuleren en ontdekten een nieuwe staat van materie die kenmerken van de Laughlin-vloeistof combineert met een minder exotische kristalfase.

De atomen in deze nieuwe toestand vermijden elkaar op dezelfde manier als elektronen in een Laughlin-vloeistof, en ze vallen ook in een regelmatig patroon zoals in een kristal - zij het op een vreemde manier, met slechts de helft van een atoom op elke kristallocatie. Het is een unieke mix van kristalsymmetrie en een complexere topologische ordening - een combinatie die nog maar weinig onderzoek heeft ondergaan.

"Het idee dat je een bosonisch of fermionisch systeem hebt, en dan komt er uit interacties een totaal andere fysica naar voren - dat is alleen mogelijk in lagere dimensies, Grass zegt. "Het hebben van een experimentele demonstratie van een van deze fasen is gewoon interessant vanuit een fundamenteel perspectief."