Atklāta jauna kvazidaļiņa

Planētas noslēpumi, 2020.gada septembris

Fizikā ir pietiekami daudz lietu, kuras var dēvēt par “daļiņām”. Elementārdaļiņas, kas ir fundamentāli bloki, no kuriem sastāv visa matērija, atomi un citi konglomerāti, kas savukārt sastāv mo daļiņām, kas katra ir cita par citu mazāka, un, visbeidzot, tā dēvētās kvazidaļiņas – sarežģītas neviendabīgas sistēmas, kas parasti atrodas ierosinātā enerģētiskā stāvoklī un kuru uzvedību arī var raksturot kā atsevisķu daļiņu uzvedību. Nesen Austrijas pilsētas Vīnes Tehnoloģiju universitātes pētnieki veikuši sarežģītu datormodelēšanu, kā rezultātā atklājuši pilnībā jaunu kvazidaļiņu, kas nodēvēta par Pi-tonu. Šo kvazidaļiņu veido divi savstarpēji saistīti elektroni un divi elektronu caurumi.

Var paskaidrot, ka visvienkāršākā kvazidaļiņa ir elektronu caurums. To vajadzētu iedomāties kontekstā ar regulāru kristālisko režģi, kurā atomi ar kaimiņu atomiem saistīti ar elektronu palīdzību. Un tad pēkšņi jāiedomājas, kādā vietā šajā režģī elektrona nav – to tad arī dēvē par elektronu caurumu. Šis caurums spēj pārvietoties, paķerot līdzi kaimiņu atoma elektronu, un tad uzrasties kādā citā vietā. Šai kvazidaļiņai piemīt ļoti liela loma ikdienas dzīvē, jo tā ir pozitīvā ekektriskā lādiņa nesēja tajos pusvadītājos, kas atrodami elektroniskajā iekārtā esošo tranzistoru kristāla čipa struktūrā.

Ir arī sarežģītākas kvazidaļiņas, piemēram, eksitoni, kurus veido elektrona un elektronu cauruma sasaiste, kas rodas, pusvadītājam uzņemot ar noteiktu raksturojumu apveltītu gaismas fotonu. Eksiona sastāvā ietilpst pozitīvā un negatīvā daļiņa, pats eksions ir elektriski neitrāls, un šo īpašību plaši izmanto elektronikā, galvenokārt gaismas emerģijas pārveidē elektrībā.

Tieši ar eksionu pētīšanu nodarbojas austriešu fiziķi savā matemātiskajā modelī. Jau drīz pēc datormodeļa palaišanas darbībā parādījušās pirmās dīvainības, pēc ka pētnieki sapratuši, ka sastapušies ar pilnībā jauna tipa kvazidaļiņām. Šie kvazidaļiņu raksturojumi norāda uz to, ka tās sastāv no diviem elektroniem un elektronu caurumiem, un, gluži kā eksioni, tās rodas, materiālam uzņemot gaismas fotonu, un sabrūkot izstaro gaismas fotonu.

Jauno kvazidaļiņu izpēte apliecinājusi, ka elektroni un to caurumi savstarpēji saistīti pat ļoti sarežģītā veidā, proti, ar kopējā elektriskā lādiņa sadales blīvuma svārstībām. Turklāt katrā negatīvo un pozitīvo lādiņu sadales svārstību apgabala ciklā kvazidaļiņas iekšienē pagriežas par 180 grādiem jeb tātad skaitli Pi, ja šo leņķi iedomājas radiānos. Tieši šo jauno kvazidaļiņu tad arī nodēvēja par Pi-tonu.

Kā jau iepriekš minēts, jauno kvazidaļiņu sākotnēji atklāja matemātiskajā datormodelī. Pēc tā austriešu pētnieki savu eksperimentu atkārtoja citos matemātiskajos modeļos, un praktiski visos rezultātos arī bija konstatējamas Pi-tonu pēdas. Vēstīts, ka gluži nesen pētnieki sākuši eksperimentēt ar dažādiem reāliem materiāliem, un tieši šajā ziņā par perspektīvāko varot uzskatīt samārija titānu, jo tā vidē esošie daži efekti skaidri norādot uz tur esošajiem Pi-toniem. Un, lai arī fizikas pasaule jau ir burtiski pārpilna dažādu veidu kvazidaļiņām, šāda jauna tipa atklāšana uzskatāma par izcilu notikumu. Tam katrā ziņā vajadzētu paplašināt izpratni par matērijas un gaismas mijiedarbību, kas ir aspekts, kuram piemīt faktiski izšķirošā loma daudzās praktiskajās jomās, ieskaitot elektroniku, fotoniku, saules enerģijas savākāšanas tehnoloģijas un vēl daudz ko tamlīdzīgu.