فلزی که شبیه هیچ فلز ديگری نیست

به گزارش گروه وب گردی خبرگزاری صدا و سيما، محققان یک «فلز عجیب» جدید کشف کرده‌اند که به گونه‌ای رفتار می‌کند که آن‌ها نمی‌توانند کاملا آن را درک کنند.
این کشف می‌تواند کلیدی برای یافتن توضیحی برای پدیده‌ای باشد که دهه‌ها محققان را به دردسر انداخته است. در نهایت حل این مشکل می‌تواند به پیشرفت‌های مختلفی از قبیل ساخت شبکه‌های برق بی‌تلفات و رایانه‌های کوانتومی منجر شود. همچنین به نظر می‌رسد این فلز به برخی ثابت‌های فیزیکی اصلی جهان ربط داشته باشد و بدین ترتیب شاید به فهم بهتر نحوه عملکرد واقعی کائنات کمک کند.

بیشتر مواد همچون مس و نقره رفتاری پیش‌بینی‌پذیر و قابل درک دارند و محققان می‌دانند چگونه رسانایی الکتریکی آن‌ها هنگام گرم یا سرد شدن تغییر می‌کند.
اما اخیرا محققان بر دسته دیگری از مواد تمرکز کرده‌اند که به فلزات عجیب معروف‌اند. این مواد انگار پیرو قواعد الکتریکی معمول نیستند. محققان دو چندان مجذوب شده‌اند، زیرا به عقیده آنان، سرنخی از عالم کوانتوم در این مواد وجود دارد که راه را برای درک سایر پدیده‌ها با علل ناشناخته باز می‌کند.
حالا پژوهشگران رفتار فلزی عجیب دیگری دیده‌اند و معمای دیگری برای حل یافته‌اند. در این ماده، بار الکتریکی مانند سایر مواد با الکترون‌ها منتقل نمی‌شود بلکه با جفت‌های موسوم به «کوپر» که بیشتر شبیه امواج‌ هستند، حمل می‌شود.
الکترون‌ها بخشی از دسته ذراتی موسوم به «فرمیون‌ها» به شمار می‌روند و جفت‌های کوپر «بوزون‌هایی‌» هستند که رفتار بسیار متفاوتی دارند. رفتار فلز عجیب هرگز در سیستمی حاوی «بوزون» مشاهده نشده است.
با این کشف شاید بالاخره معمای چندین دهه‌ای علت اصلی رفتار این فلز عجیب حل شود.
جیم والس، استاد فیزیک دانشگاه براون و نویسنده این پژوهش جدید، می‌گوید: ما دو نوع ذره کاملا متفاوت داریم که رفتارشان رازآلود است. در نتیجه هر نظریه‌ای برای توضیح رفتار فلز عجیب نمی‌تواند مختص یکی از این دو نوع ذره باشد و باید اساسی‌تر از این باشد.
این تحقیق تحت عنوان «آثار فلزی عجیب در سامانه بوزونی» در مجله نیچر چاپ شده است.
از ۳۰ سال پیش که دسته‌ای از مواد به نام «کوپرات» کشف شد که رفتاری شبیه سایر فلزات نداشتند، این رفتار فلزی عجیب مایه سردرگمی محققان بوده است. فلزات عادی هنگامی که گرم می‌شوند مقاومتشان تا حد معینی افزایش می‌یابد و سپس در دما‌های بالاتر ثابت باقی می‌ماند، اما در کوپرات‌ها چنین پدیده‌ای رخ نمی‌دهد و این فلزات عجیب به پیروی از قواعد موردانتظار تن نمی‌دهند.
محققان نمی‌دانند علت چیست، اما می‌دانند گویا به دو ثابت مختلف ربط دارد: یکی ثابت مرتبط با انرژی تولیدی بر اثر جنبش گرمایی و دیگری ثابت پلانک که با انرژی ذرات نور ارتباط دارد.
والس می‌گوید: محققان برای اینکه بفهمند چه اتفاقی در این فلزات عجیب رخ می‌دهد، از رهیافت‌هایی محاسباتی شبیه رهیافت‌های استفاده‌شده برای شناخت سیاه‌چاله‌ها استفاده کردند. مشخص شد در این مواد برخی پدیده‌های فیزیکی بسیار بنیادی رخ می‌دهد.
محققان برای شناخت بهتر علت آنچه رخ می‌دهد، از ماده‌ای کوپراتی دارای سوراخ‌های ریز استفاده کردند تا بتوانند جفت‌های کوپری ایجاد کنند. آن‌ها این ماده را سرد کردند و با بررسی چگونگی تغییرات رسانایی آن متوجه شدند که همانند فلزات عجیب «فرمیونی» رفتار می‌کند.
مشخص نشد که این رفتار عجیب از کجا می‌آید، اما اطلاعات جدیدی به آن‌ها می‌دهد تا سعی کنند و آن را بهتر بفهمند.
والس می‌گوید: برای نظریه‌پردازان، یافتن توضیحی برای آنچه در فلزات عجیب می‌بینیم یک چالش بوده است. کار ما نشان می‌دهد اگر بخواهیم انتقال بار در فلزات عجیب را مدل‌سازی کنیم، این مدل‌ها باید هم برای «فرمیون‌ها» و هم برای «بوزون‌ها» اعمال شود؛ حتی اگر این ذرات از قوانین اساسی متفاوتی پیروی کنند.

منبع:  The Independent