一種公式簡(jiǎn)單得令人難以置信的晶體顯示出出人意料的復(fù)雜量子行為。

晶體內(nèi)電子之間的相互作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了以前看到或預(yù)測(cè)的任何東西。

解釋它們需要深入研究以前被認(rèn)為與亞原子粒子幾乎沒(méi)有關(guān)系的數(shù)學(xué)領(lǐng)域。

根據(jù)我們?cè)趯W(xué)校學(xué)到的粒子模型，電子應(yīng)該相互排斥，因?yàn)樗鼈兌紟ж?fù)電荷。

然而，在某些情況下，它們可以結(jié)合在一起形成庫(kù)珀對(duì)，庫(kù)珀對(duì)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)克服了阻力，導(dǎo)致了非常重要的超導(dǎo)現(xiàn)象。

物理學(xué)家已經(jīng)開始發(fā)現(xiàn)，晶體中的電子也可以以更奇特的方式連接在一起。

《自然》雜志的一篇論文更上一層樓，報(bào)道了量子環(huán)路形成結(jié)和其他形狀的情況。

它是否會(huì)帶來(lái)像超導(dǎo)一樣改變世界的事情還有待觀察，但它將以前不相關(guān)的知識(shí)領(lǐng)域聚集在一起，甚至接近了解正在發(fā)生的事情。

量子理論的核心發(fā)現(xiàn)之一是，像電子這樣的亞原子粒子既表現(xiàn)為粒子，又表現(xiàn)為波。

波函數(shù)描述了它們的波狀行為。

量子拓?fù)鋵W(xué)探索這些波的形狀，包括以前被稱為韋爾環(huán)的理論結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由晶體中的電子波函數(shù)形成。

許多奇異的量子行為只有在接近絕對(duì)零度的溫度下才能看到–就像幾十年來(lái)超導(dǎo)的情況一樣。

然而，在2019年，在Co2MnGa晶體磁體中描述了室溫下的Weyl環(huán)。

鈷、錳和鎵可能不是最常見的材料，但它們也不是那么稀有。

在僅由這三種物質(zhì)組成的晶體中，以如此簡(jiǎn)單的化學(xué)比例發(fā)現(xiàn)如此復(fù)雜的東西，令人相當(dāng)驚訝。

然而，Co2MnGa似乎還有更多的訣竅。

其他量子拓?fù)鋵W(xué)的例子包括彎曲波函數(shù)，但在Co2MnGa中正在發(fā)生一些不同的事情。

普林斯頓大學(xué)研究生泰勒·科克倫在一份聲明中表示：“在這里，我們發(fā)現(xiàn)了連接環(huán)–我們新發(fā)現(xiàn)的連接拓?fù)渚哂胁煌男再|(zhì)，并產(chǎn)生了不同的數(shù)學(xué)連接數(shù)?！?/p>

連接數(shù)是一條曲線繞另一條曲線纏繞的次數(shù)。

普林斯頓大學(xué)的扎希德·哈桑教授說(shuō)：“當(dāng)多個(gè)韋爾環(huán)共存時(shí)，人們很自然地會(huì)問(wèn)它們是否能以某種方式連接和打結(jié)。”

哈桑教授召集了一個(gè)能夠回答這些問(wèn)題的團(tuán)隊(duì)，將以前與光電子能譜技術(shù)無(wú)關(guān)的領(lǐng)域的技能結(jié)合在一起–使用同步輻射來(lái)觀察材料的實(shí)際行為–以及結(jié)合紐結(jié)理論來(lái)解釋觀察到的形狀。

要在兩者之間架起橋梁，需要大量的量子力學(xué)專業(yè)知識(shí)。

他們觀察到了一個(gè)三維環(huán)面內(nèi)三個(gè)相互交織的環(huán)路，并報(bào)告說(shuō)：“每個(gè)環(huán)路相互鏈接兩次?！?/p>

從歷史上看，一些最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)是在人類注意到數(shù)學(xué)和自然現(xiàn)象之間的新聯(lián)系時(shí)產(chǎn)生的。

在我們的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一些意想不到的微妙數(shù)學(xué)例子總是令人興奮的。“哈桑補(bǔ)充道。

據(jù)報(bào)道，某些數(shù)學(xué)家表示，他們之所以選擇自己的專業(yè)領(lǐng)域，正是因?yàn)檫@與現(xiàn)實(shí)世界無(wú)關(guān)。

一些有這種意圖的人選擇了拓?fù)鋵W(xué)，但卻一再被挫敗。

至少這種情況還有可能再次發(fā)生，因?yàn)檫@項(xiàng)工作在量子計(jì)算或電信領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了一些尚未確定的應(yīng)用。