Znajdź zawartość

Sądzimy, że to pierwszy twardy dowód na separację spinowo-ładunkową, mówi Nai Phuan Ong, profesor fizyki z Princeton University i jeden z głównych autorów badań opublikowanych właśnie na łamach Nature Physics. Dokonane przez naukowców odkrycie potwierdza dwoistą naturę elektronów w kwantowej cieczy spinowej. Pozwoli nam ono lepiej zrozumieć, jak elektrony zachowują się w ekstremalnych warunkach. Uczeni z Princeton zaprezentowali właśnie eksperymentalny dowód na to, że elektron – jedna z cząstek elementarnych – zachowuje się jakby był stworzony z dwóch cząstek, z których jedna jest nośnikiem ładunku elektrycznego, a druga właściwości magnetycznych, spinu. Wyniki eksperymentu mogą pozwolić na wyjaśnienie zachowania cieczy spinowej. We wszystkich innych materiałach spin elektronu skierowany jest w górę lub w dół. W magnesie schłodzonym poniżej pewnej temperatury granicznej spiny wszystkich elektronów mają ten sam zwrot. Jednak w spinowych cieczach kwantowych spiny nie przybierają tego samego zwrotu, nawet w temperaturach bliskich zeru absolutnemu. Zamiast tego, ciągle się zmieniają w skoordynowany sposób. Wyjaśnienie tego fenomenu zaproponował w 1973 roku fizyk Philip Anderson. Uważał on, że w fizyce kwantowej elektron powinien być rozważany jako złożony z dwóch cząstek. Jednej będącej nośnikiem ładunku ujemnego i drugiej, zawierającej spin. Cząstkę zawierającą spin nazwał Anderson spinonem. Autorzy najnowszych badań postanowili poszukać spinonu z cieczy spinowej złożonej z atomów rutenu i chloru. W temperaturach ułamków kelwinów powyżej zera absolutnego i obecności silnego pola magnetyczne rutenowo-chlorowe kryształy wchodzą stan spinowej cieczy kwantowej. Podczas serii eksperymentów prowadzonych przez trzy lata przez Petera Czajkę i Tonga Gao naukowcy wykorzystali najczystsze dostępne kryształy i superczułe termometry. Wykryli dzięki temu oscylacje temperatury, świadczące o obecności spinonów. Naukowcy od czterech dekad poszukiwali tych spinonów. Jeśli nasze badania zostaną potwierdzone, będzie to znaczący postęp na polu badania kwantowych cieczy spinowych, mówi Ong. Z czysto eksperymentalnego punktu widzenia, było czymś niezwykle ekscytującym obserwowanie zjawisk zaprzeczających temu, czego uczymy się na podstawach fizyki, dodaje Czajka. Artykuł Oscillations of the thermal conductivity in the spin-liquid state of α-RuCl3 został opublikowany na łamach Nature Physics. « powrót do artykułu

Fizycy donoszą o zdobyciu pierwszego bezsprzecznego dowodu na istnienie anyonów, cząstek, których istnienie zostało zaproponowane przed ponad 40 laty. Anyony to kwazicząstki, które nie są ani fermionami, ani bozonami zatem podlegają statystyce innej niż statystyka Fermiego-Diraca i Bosego-Einsteina. Anyony mogą istnieć w przestrzeni dwuwymiarowej. Odkrycie, którego dokonano za pomocą elektronicznego urządzenia 2D, może być pierwszym krokiem na drodze wykorzystania anyonów w przyszłych komputerach kwantowych. Wszystkie cząstki elementarne są albo fermionami albo bozonami. Anyony nie należą do żadnej z tych kategorii. Fermiony są definiowane przez statystykę Fermiego-Diraca. Gdy dwa identyczne fermiony zamieniają się miejscem w przestrzeni ich funkcja falowa zmienia pozycję o 180 stopni. W przypadku zaś bozonów, definiowanych przez statystykę Bosego-Einsteina, nie dochodzi w takim przypadku do zmiany funkcji falowej. Innymi słowy, cząstki o spinach połówkowych (fermiony) dążą do pozostawania osobno od siebie, natomiast cząstki o spinach całkowitych (bozony) dążą do gromadzenia się. Anyony znajdują się gdzieś po środku. Zmiana pozycji anyonów powinna doprowadzić do zmiany funkcji falowej o kąt pośredni. Podlegają one statystyce cząstkowej. Jeśli jedna kwazicząstka wykona pełen obrót wokół drugiej, co jest odpowiednikiem dwukrotnej zamiany pozycji pomiędzy nimi, informacja o tym ruchu zostanie zachowana w stanie kwantowym cząstki. I to właśnie ten zapamiętany stan jest jedną z cech charakterystycznych statystyki cząstkowej, której poszukiwali obecnie naukowcy, by potwierdzić istnienie anyonów. Fizyk eksperymentalny Michael Manfra i jego zespół z Purdue University, stworzyli strukturę złożoną z cienkich warstw arsenku galu i arsenku aluminiowo-galowego. Struktura taka wymusza ruch elektronów w dwóch wymiarach. Urządzenie zostało schłodzone do 1/10 000 stopnia powyżej zera absolutnego i poddano je działaniu silnego pola magnetycznego. W ten sposób pojawił się tzw. izolator cząstkowego kwantowego efektu Halla. W izolatorze takim prąd elektryczny nie może przemieszczać się w wewnątrz urządzenia, a wyłącznie po jego krawędziach. Urządzenie może przechowywać kwazicząstki, których ładunek elektryczny nie jest wielokrotnością ładunku elektronów. Naukowcy podejrzewali, że kwazicząstki te to właśnie anyony. By udowodnić, że istotnie mają do czynienia z anyonami, uczeni połączyli swoje urządzenie do elektrod w ten sposób, że ładunki mogły przepływać tylko po krawędziach. Właściwości urządzenia były dobierane za pomocą pola magnetycznego i elektrycznego. Spodziewano się, że manipulacja tymi polami albo zniszczy ani utworzy anyony wewnątrz urządzenia i spowoduje, że anyony będą przemieszczały się pomiędzy elektrodami. Jako, że poruszające się anyony mogą poruszać się dwiema możliwymi ścieżkami, a każda z nich powoduje pojawienie się innego skrętu ich fal, gdy anyony docierają do celu dochodzi do interferencji i pojawienia się wzorca określanego jako paski na piżamie. Wzorzec ten pokazywał relatywną wartość skrętu fal anyonów pomiędzy obiema ścieżkami i był zależny od zmian napięcia i siły pola magnetycznego. Ostatecznym dowodem zaś były wyraźnie widoczne przeskoki, świadczące o znikaniu i pojawianiu się anyonów w urządzeniu. Zespół Manfry nie jest jedynym, który przedstawił dowody na istnienie statystyki cząstkowej, zatem na istnienie anyonów. Jednak w wielu poprzednich przypadkach uzyskane wyniki dawało się wytłumaczyć również w inny sposób, mówi Bernard Rosenow, fizyk-teoretyk z Uniwersytetu w Lipsku specjalizujący się w badaniu materii skontensowanej. Tymczasem, jak sam przyznaje, nie znam innego wyjaśnienia dla wyników uzyskanych przez Manfrę, jak interpretacji mówiącej o statystyce cząstkowej. Jeśli więc inny zespół potwierdzi obserwacje Manfry i jego kolegów, będziemy mogli mówić o odkryciu anyonów. Anyony zaś mogą posłużyć do budowy komputerów kwantowych. Już zresztą istnieją teorie opisujące takie maszyny. W parach kwazicząstek można zapisać informacje o tym, jak krążyły one wokół siebie. Jako, że statystyka cząstkowa jest topologiczna, zależy od liczby okrążeń, jakie jeden anyon wykonał wokół drugiego, a nie od niewielkich zmian trajektorii, jest odporna na niewielkie zakłócenia. Ta odporność zaś może spowodować, że topologiczne komputery kwantowe będą łatwiejsze do skalowania niż obecnie wykorzystywane technologie komputerów kwantowych, które są bardzo podatne na błędy. Microsoft, dla którego zresztą Manfra pracuje jako zewnętrzny konsultant, jest jedyną firmą pracującą obecnie nad topologicznymi komputerami kwantowymi. Inni giganci, jak IBM, Intel Google i Honeywell, udoskonalają inne technologie. Jednak do wykorzystania anyonów w komputerach kwantowych jest jeszcze daleka droga. Obecne odkrycie jest ważniejsze z punktu widzenia fizyki niż informatyki kwantowej. Dla mnie, jako teoretyka zajmującego się materią skondensowaną, kwazicząstki są równie fascynujące i egzotyczne jak bozon Higgsa, mówi Rosenow. Ze szczegółami pracy Manfry i jego zespołu można zapoznać się na łamach arXiv. « powrót do artykułu

Przed ośmiu laty ze świata matematyki nadeszła sensacyjna wiadomość – pojawił się dowód na prawdziwość hipotezy ABC. Jeśli jest on prawdziwy, to mamy do czynienia z największym osiągnięciem matematycznym bieżącego wieku. Autor dowodu, Shinichi Mochizuki z Uniwersytetu w Kioto, udostępnił olbrzymią 600-stronicową pracę na ten temat. I musiał czekać aż 8 lat nim ktokolwiek był w stanie ją przeanalizować. Teraz dwoje innych matematyków w końcu przeanalizowało dowód i praca Michizukiego zostanie opublikowana w piśmie Publications of the Research Institute for Mathematical Sciences (RIMS). To pismo, którego głównym redaktorem jest sam Mochizuki, a jest ono wydawane przez instytut, w którym pracuje. O publikacji pracy Mochizukiego poinformowano na konferencji prasowej. Analizę dowodu przeprowadzili dwaj matematycy z RIMS, Masaki Kashiwara i Akio Tamagawa. Zdaniem Kashiwary, publikacja będzie miała olbrzymi wpływ na matematykę. Jak informowaliśmy w 2015 roku, Mochizuki – bardzo szanowany matematyk, którego prace cieszą się uznaniem – miał wówczas żal do kolegów, że mimo upływu 3 lat, nikt nie przeanalizował całości dowodu. Minęły kolejne 3 lata i w roku 2018 dwoje innych matematyków stwierdziło, że znalazło błąd w pracy Japończyka. Wielu uznało to za pocałunek śmierci dla jego dowodu. Obecna decyzja o publikacji dowodu w recenzowanym piśmie prawdopodobnie nie zmieni opinii większości matematyków. Myślę, że od 2018 roku opinia społeczności matematyków nie uległa zbytniej zmianie, mówi Kiran Kedlaya, teoretyk liczb z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, który przez lata próbował przegryźć się przez dowód Mochizukiego. Wstrzymam się z opinią do publikacji pracy, gdyż pomogą pojawić się nowe informacje, stwierdził z kolei Edward Frenkel z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Hipoteza ABC to stwierdzenie, że dla każdej liczby x > 1 istnieje co najwyżej skończenie wiele rozwiązań typu ABC, spełniających warunek P(A, B, C) > x. Bardzo głęboko dotyka ono natury liczb. Dotychczas podczas badania hipotezy ABC udało się m.in. udowodnić wielkie twierdzenie Fermata, co było jednym z największych dokonań matematyki w XX wieku. Jeśli Mochizukiemu rzeczywiście udało się udowodnić hipotezę ABC, będzie to miało kolosalne znaczenie dla całej matematyki. Gdy pracujesz nad teorią liczb, nie możesz zignorować hipotezy ABC. Dlatego właśnie wszyscy teoretycy chcą poznać efekt pracy Michizukiego - mówił przed 4 laty matematyk Vesselin Dimitrov z Yale University. Sam Dimitrov wykazał wówczas, że jeśli Mochizuki ma rację, to z jego dowodu można będzie wyciągnąć wiele ważnych wniosków oraz niezależnie udowodnić Wielkie Twierdzenie Fermata. Dowód Mochizukiego bazuje na jego wcześniejszych prowadzonych przez dekadę pracach, kiedy to Mochizuki samotnie rozwijał nowe niezwykle abstrakcyjne koncepcje matematyczne. Nic zatem dziwnego, że praca Japończyka jest bardzo hermetyczna i niewielu ekspertów próbuje się z nią zmierzyć. W grudniu 2015 roku w Oxfordzie zorganizowano konferencję poświęconą dowodowi. Mochizuki nie brał w niej udziału, jednak za pośrednictwem Skype'a odpowiadał na pytania zgromadzonych. Konferencja ta była bardzo ważnym wydarzeniem. Przed nią jedynie 3 matematyków zdecydowało się na próbę przeanalizowania dowodu Mochizukiego. Po konferencji ich liczba wzrosła do około 10 specjalistów. Od czasu opublikowania przez Mochizukiego jego pracy, odbyło się sporo konferencji naukowych jej poświęconych. Specjaliści z całego świata mówili, że dokonali częściowego postępu w zrozumieniu pracy Japończyka, ale przyznawali, że minie wiele lat, zanim zostanie ona w całości przeanalizowana. Wielu ekspertów krytykowało uczonego z Kioto, że nie próbuje lepiej komunikować się ze środowiskiem i wytłumaczyć swoich koncepcji. Niezwykle skryty Mochizuki konsekwentnie odmawia udzielania wywiadów i bardzo rzadko daje się namówić na udział w konferencjach naukowych. Przez lata krążyły też plotki, że już wkrótce praca Mochizukiego zostanie wydana w Publications of the Research Institute for Mathematical Sciences. Spotkało się to z krytyką. W 2017 roku matematyk Peter Woit z Columbia University stwierdził, że zaakceptowanie pracy Mochizukiego do publikacji byłoby bezprecedensowym wydarzeniem w matematyceg, gdyż szanowane pismo publikowałoby dowód na dobrze znaną hipotezę w sytuacji, gdy większość ekspertów, którzy ten dowód analizowali, nie była w stanie go zrozumieć. Jednak plotki o szybkiej publikacji okazały się tylko plotkami. Jakiś czas później sytuacja zmieniła się na niekorzyść przedstawionego dowodu. Dwóch znanych matematyków, Peter Scholtze w Uniwersytetu w Bonn i Jacob Stix z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie udostępnili pracę, w której informowali o odkryciu błędu w jednym z kluczowych elementów dowodu. Wagi ich stwierdzeniu dodawał fakt, że Scholze, autorytet od teorii liczb, niedługo później został uhonorowany „matematycznym Noblem”, czyli Medalem Fieldsa. Mochizuki zareagował na pracę Scholtzego i Stixa stwierdzając, że nie zrozumieli dowodu. Jednak większość środowiska matematycznego uznała, że sprawa jest jasna i Mochizuki nie dostarczył dowodu. Decyzja o publikacji pracy Mochizukiego na nowo wywołała spory. Scholtze podtrzymuje swoją opinię, Stix zaś odmówił skomentowania całej sytuacji. Akio Tamagawa, jeden z recenzentów pracy Mochizukiego mówi, że sam dowód nie został zmieniony w reakcji na krytykę Scholtze'a i Stixa. Jednak w publikacji znajdzie się dodatkowe wyjaśnienie. Volker Mehrmann, prezydent Europejskiego Towarzystwa Matematycznego, które w imieniu RIMS wydaje Publications of the Research Institute for Mathematical Sciences, mówi, że jeśli autorzy po prostu odrzucili krytykę, to będzie to źle świadczyło i o nich i o samym Mochizukim. Sytuacja jest bardziej skomplikowana, niż się wydaje. Jak bowiem zauważył pewien ekspert, jeśli najlepsi matematycy na świecie próbują coś zrozumieć i nie są w stanie, to jak ktokolwiek inny może wyrobić sobie własne zdanie? Warto też zauważyć, że matematycy często publikują swoje prace w pismach, których sami są wydawcami. Nie stanowi to naruszenia żadnych zasad o ile autorzy prac nie ingerują w proces ich recenzowania, mówi Hiraku Nakajima z Uniwersytetu Tokijskiego. Opinię taką potwierdza Mehrmann. Kashiwara podkreśla, że Mochizuki nie brał udziału w recenzowaniu swojej pracy i nie uczestniczył w żadnym posiedzeniu redakcyjnym, na którym była ona omawiana. Dodaje, że już wcześniej w piśmie tym ukazywały się prace członków zespołu matematycznego. Praca Mochizukiego została zatwierdzona do publikacji 5 lutego. Nie wiadomo, kiedy się ukaże. To bardzo obszerna praca. Wydamy specjalny numer jej poświęcony, więc nie wiemy, ile czasu to zajmie, mówi Kashiwara. W świecie matematyki publikacja w szanowanym recenzowanym piśmie nie zamyka dyskusji. Dowód Mochizukiego zostanie uznany dopiero wówczas, gdy społeczność matematyków dojdzie do zgody na jego temat. To zaś może zająć całe lata po oficjalnej publikacji. « powrót do artykułu

Zwolennicy teorii spiskowych, osoby zaprzeczające globalnemu ociepleniu czy Holocaustowi nie przyjmują do wiadomości danych naukowych. Badania przeprowadzone właśnie na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley sugerują, że to raczej informacja zwrotna, a nie twarde dowody, wpływają na pewność, z jaką wygłaszamy jakieś opinie czy podtrzymujemy własne poglądy. Psychologowie zauważyli właśnie, że w co wierzymy, może zostać osłabione lub wzmocnione nie przez logiczne rozumowanie i przedstawianie faktów, a przez pozytywną lub negatywną reakcję na nasze słowa. Badania, opisane w Open Mind, rzucają nowe światło na to, w jaki sposób ludzie przetwarzają informacje będące w sprzeczności z ich obrazem świata i jak pewne zwyczaje związane z przyswajaniem informacji mogą ograniczać nasze horyzonty myślowe. Jeśli myślisz, że wiesz dużo na jakiś temat, nawet jeśli tak naprawdę nie wiesz, to z mniejszym prawdopodobieństwem znajdziesz w sobie tyle ciekawości, by dalej drążyć ten temat. I w ten sposób nie dowiesz się, jak mało w rzeczywistości wiesz, mówi główny autor najnowszych badań, doktorant Louis Marti. Bardzo ważna dla naszego oglądu świata i procesu uczenia się ma dynamika kognitywna. Wyjaśnia też ona, dlaczego niektórzy ludzie łatwo wpadają w sidła różnych szarlatanów. Jeśli wyznajesz jakąś szaloną teorię, która jednak pozwoliła Ci kilka razy w życiu prawidłowo przewidzieć rozwój wypadków, pozostaniesz przywiązany do tej teorii i raczej nie będziesz chciał zbierać więcej informacji, dodaje profesor Celeste Kidd. Głównym celem badań było sprawdzenie, co w największym stopniu wpływa na ludzką pewność dotyczącą rzeczy, których się uczą. Okazało się, że są to raczej ostatnie doświadczenia, a nie długoterminowy zbiór doświadczeń. W badaniach wzięło udział 500 dorosłych osób, którym na ekranie wyświetlano 24 różne kombinacje kolorowych figur. Zadaniem badanych było stwierdzenie, które z tych kształtów to „Daxxy", obiekt wymyślony przez badaczy. Osoby badane nie miały żadnych informacji o „Daxxy". Po wyrażeniu swojej opinii, przekazywano im informację, czy się mylili czy też prawidłowo zgadli. Wcześniej jednak, pytano ich, na ile są pewni swojej odpowiedzi. W ciągu eksperymentu stwierdzono, że ludzie byli bardziej pewni, że prawidłowo zidentyfikowali „Daxxy” jeśli w ciągu ostatnich 4-5 poprzednich razy dokonali prawidłowej identyfikacji. Ich doświadczenie z przebiegu całego eksperymentu odgrywało mniejsza rolę niż to, co wydarzyło się niedawno. Bardzo interesujący był fakt, że jeśli nawet 19 pierwszych odpowiedzi udzielili źle, to gdy kolejną zgadli, byli bardzo pewni co do następnych odpowiedzi. Pewność ich opinii nie bazowała na całym eksperymencie, a na ostatnich wydarzeniach, mówi Marti. « powrót do artykułu