Billede: US DOE/det Offentlige område
Dårlige nyheder: Mennesker vil sandsynligvis aldrig udforske området omkring et sort hul, i det mindste mens du er i live. Det er mest fordi de fleste sorte huller er for langt væk, og selv hvis vi kunne rejse til dem, er det usandsynligt, at vi ville overleve deres tyngdepåvirkning. Det betyder, at hvis vi ønsker at undersøge skøre effekter ekstrem tyngdekraften kunne have, vi skal være kreativ—hvilket er præcis, hvad et internationalt hold af fysikere har bare gjort.
Disse fysikere er nu rapportering af en såkaldt “gravitationel anomali” i en særlig slags materiale, der kaldes en Weyl semimetal. Papiret resultater og eksperimentelle setup kunne have en vigtig funktion i den nærmeste fremtid—forfatterne fortalte mig, at det kan lade du en dag oplade en telefon, ved at gnide det på dit ben. Men andre var mest spændt på, hvordan den relativt nye Weyl semimetals vil give mulighed for observationer af gravitationelle effekter i disse mærkelige modeller.
“Det er virkelig første gang nogensinde at se det i et eksperiment, selv om det kun er ved den analogi,” Subir Sachdev, Harvard fysik professor, der ikke var involveret i undersøgelsen, fortalte Gizmodo. “Ikke desto mindre, i alle fysik, ingen har set noget lignende.”
“Gravitationel anomali” refererer til en effekt, i form af rumtiden selv kan have på adfærd “fermions,” den kategori af partikler, der indeholder elektroner. Alle partikler, der kommer med en medfødt egenskab, der kaldes “spin” og elektroner, som forskerne observere, at værdien som “op” eller “ned”. På toppen af det, hvis fermions har ingen masse, de skal altid være i bevægelse, i henhold til fysikkens love—det er lige hvad tidskrift ting at gøre. Spin kan så pege i den samme retning eller i modsat retning, at partikler er i bevægelse—dette kaldes “chiralitet,” eller hånd. Gravitationel anomali siger, at ændringer i form af plads kan forårsage en ubalance i denne hånd.
Nej, forskerne kan ikke ændre formen af rumtiden i et laboratorium. I stedet, de havde brug for en rigtig god analog til et tidskrift neutronstjerne, der rejser gennem en skæv rumtid. En særlig form for krystal kaldes en Weyl semimetal serveres som “plads”. Weyl semimetals er speciel, fordi deres elektroner opfører sig, som om de var tidskrift, altid i bevægelse, forklarede Karl Lalndsteiner fra de Selvstyrende Universitet i Madrid. De har tilføjet en temperaturgradient, som var beregnet til at stå i for alvor, og set som den symmetri brød—partikler’ hånd byttes, hvilket resulterer i en ubalance i chiralitet. Forskerne har offentliggjort deres resultater i dag i tidsskriftet Nature.
“Så, hvad det fortæller os om verden er, at den gravitationelle anomali virkning kan findes,” undersøgelsen forfatter Johnannes Gooth fra Universitetet i Hamburg og IBM Research fortalte Gizmodo.
Hvad dælen, du måske tror—temperatur og tyngdekraft er ikke det samme. Dette kan endda minde dig om sidste års eksperiment, hvor en videnskabsmand, der syntes at vise, at sorte huller stråler, men bruges lydbølger i stedet for virkelige partikler. Men de forskere, jeg talte med, både dem der er involveret og eksterne kilder, forsikrede mig om, at Albert Einstein ‘ s teorier indebærer, at den temperatur gradient og den energi, gradient i grovhed kan behandles på samme måde. Hvis noget virker for en, det bør arbejde for andre.
“Ingen er i tvivl om analogien mellem energi, udstråling og gravitationsfelter,” Sachdev fortalte mig. “Det er rigtig god, så vidt jeg er bekymret.” Og observere effekten med tyngdekraften vil være mere eller mindre umuligt. “Du ville har brug for et stærkt tyngdefelt,” Sachdev sagde. “Du ville nok nødt til at gå i nærheden af et sort hul, som ingen nogensinde har gjort.”
Du kan også undre sig over, hvorfor IBM bekymrer sig om dette. Bortset fra at være en cool bevis for, at den form for rum i sig selv kan påvirke partikler, der har dette niveau af kontrol over adfærd, der flytter elektriske ladninger kunne have vigtige teknologiske anvendelser. Der har længe været en tanke, at vi kunne generere elektricitet, blot ved at varme gradienter, skiftende temperaturer i nogle af elektricitet på medium. “Men dette er en meget ineffektiv proces,” sagde Gooth. Det er da normal elektroner er dårlige på denne varme konvertering proces. “Men vi tror nu, med denne gravitationelle anomali, at vi kan omgå visse grænser, og gøre denne omstilling meget meget effektive.”
Tanken er, at en dag i fremtiden, men det gravitationelle anomali kan lade dig oplade din telefon, ved at gnide det mod dine bukser. Alle, jeg talte med, syntes enige om, at disse programmer var langt væk, og var især begejstret for observation af denne skøre opførsel i et skøre system. Og der er ingen grænse til at forestille sig, hvor det ellers måtte forekomme.
“Dette [gravitationel anomali] er overholdt i alle visse former for fysiske systemer,” sagde Gooth. “Det er til at blive adlydt i stjerner i det tidlige univers eller i vores transistorer.”
[Naturen]