Negentig jaar geleden, de natuurkundige Hans Bethe stelde dat ongebruikelijke patronen, zogenaamde Bethe-snaren, verschijnen in bepaalde magnetische vaste stoffen. Nutsvoorzieningen, een internationaal team is erin geslaagd om dergelijke Bethe-snaren voor het eerst experimenteel te detecteren. Ze gebruikten neutronenverstrooiingsexperimenten bij verschillende neutronenfaciliteiten, inclusief de unieke hoogveldmagneet van BER II bij HZB. De experimentele gegevens komen uitstekend overeen met de theoretische voorspelling van Bethe, en bewijzen nogmaals de kracht van de kwantumfysica.

De regelmatige rangschikking van atomen in een kristal maakt complexe interacties mogelijk die kunnen leiden tot nieuwe toestanden van materie. Sommige kristallen hebben magnetische interacties in slechts één dimensie, d.w.z., ze zijn magnetisch eendimensionaal. Indien, in aanvulling op, opeenvolgende magnetische momenten wijzen in tegengestelde richtingen, het kristal omvat een eendimensionale antiferromagneet. Hans Bethe beschreef dit systeem voor het eerst theoretisch in 1931, ook het voorspellen van de aanwezigheid van excitaties van snaren van twee of meer opeenvolgende momenten die in één richting wijzen, zogenaamde Bethe-snaren.

Echter, die stringtoestanden konden niet worden waargenomen onder normale experimentele omstandigheden omdat ze onstabiel zijn en worden verduisterd door de andere kenmerken van het systeem. De truc die in dit artikel wordt gebruikt, is om de snaren te isoleren door een magnetisch veld aan te leggen.

Nutsvoorzieningen, een internationale samenwerking rond de HZB-fysicus Bella Lake en haar collega Anup Bera konden voor het eerst Bethe-snaren experimenteel identificeren en karakteriseren in een echte solide. Het team maakte kristallen van SrCo ₂ V ₂ O ₈ , dat is een eendimensionale antiferromagneet van het modelsysteem. Alleen de kobaltatomen hebben magnetische momenten, ze zijn allemaal in één richting uitgelijnd en aangrenzende momenten heffen elkaar op.

Bij de Berlijnse neutronenbron BER II, het was mogelijk om het monster met neutronen te onderzoeken onder extreem hoge magnetische velden tot 25,9 Tesla. Uit de gegevens, de fysici verkregen een fasediagram van het monster als functie van het magnetische veld, en ook verdere informatie over de interne magnetische patronen, die kunnen worden vergeleken met het idee van Bethe dat werd gekwantificeerd door een theoretische groep onder leiding van Jianda Wu.

"De experimentele gegevens komen uitstekend overeen met de theorie, " zegt prof. Bella Lake. "We waren in staat om twee en zelfs drie kettingen van Bethe-snaren duidelijk te identificeren en hun energieafhankelijkheid te bepalen. Deze resultaten laten ons eens te meer zien hoe fantastisch goed de kwantumfysica werkt."