เซ็กซี่บาคาร่า นักฟิสิกส์บิดอิเล็กตรอนเป็นเศษส่วนควอนตัม

อิเล็กตรอนภายในโครงสร้างมีพฤติกรรมราวกับว่าพวกมัน เซ็กซี่บาคาร่า อาศัยอยู่ในเศษส่วนของมิตินักฟิสิกส์ได้สร้างสิ่งแปลกประหลาดที่เรียกว่าเศษส่วนควอนตัม ซึ่งเป็นโครงสร้างที่สามารถเปิดเผยพฤติกรรมอิเล็กตรอนชนิดใหม่และแปลกประหลาดได้

แฟร็กทัลเป็นรูปแบบที่ทำซ้ำตัวเองในมาตราส่วนความยาวที่แตกต่างกัน: 

ซูมเข้าและโครงสร้างจะเหมือนกับที่มองจากระยะไกล เป็นเรื่องธรรมดาในโลกธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น ก้านกะหล่ำดอกดูเหมือนหัวเต็มรุ่นจิ๋ว สายฟ้าฟาดแยกออกเป็นหลายกิ่ง แต่ละกิ่งมีโครงสร้างง่ามเหมือนกันกับสลักทั้งหมด

แต่ในอาณาจักรควอนตัมขนาดเล็ก แฟร็กทัลไม่ได้มาโดยง่าย ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างเศษส่วนควอนตัมโดยการวางโมเลกุลคาร์บอนมอนอกไซด์บนพื้นผิวทองแดง อิเล็กตรอนในทองแดงถูกกักขังอยู่ระหว่างโมเลกุล ทำให้เกิดรูปเศษส่วนของสามเหลี่ยมภายในสามเหลี่ยมที่เรียกว่าสามเหลี่ยม เซียร์พินสกี้ ( SN Online: 12/30/02 ) นักวิจัยรายงานวันที่ 12 พฤศจิกายนในNature Physics สามเหลี่ยม Sierpinski ที่เต็มเปี่ยมจะมีรูปสามเหลี่ยมจำนวนไม่สิ้นสุด ดังนั้นนักวิจัยจึงสร้างการประมาณของรูปร่างนั้น โดยมีรูปสามเหลี่ยมเพียงพอสำหรับโครงสร้างที่ทำซ้ำได้ชัดเจน

อิเล็กตรอนที่อาศัยอยู่ในเศษส่วนไม่ได้อยู่ในสามมิติเหมือนพวกเราที่เหลือ และไม่มีอยู่ในโลก 2 มิติแบนราบหรือเป็นเส้นมิติเดียว แต่กลับใช้จำนวนมิติระหว่างเศษส่วน ในกรณีนี้ นักวิทยาศาสตร์พบว่าอิเล็กตรอนอาศัยอยู่ในจำนวนมิติโดยประมาณที่คาดว่าจะเป็นสามเหลี่ยมเซียร์พินสกี้ 1.58

อนุภาคควอนตัมมีแนวโน้มที่จะกระทำการผิดปกติเมื่อถูกจำกัดให้อยู่ในมิติเดียวหรือสองมิติ ( SN: 10/20/16, p.6 ) นักฟิสิกส์ Cristiane Morais Smith แห่งมหาวิทยาลัย Utrecht ในเนเธอร์แลนด์ยังไม่ทราบว่าอิเล็กตรอนจะมีพฤติกรรมอย่างไรในมิติเศษส่วน “สิ่งที่ได้มาจากงานของเราคือดินแดนที่ไม่จดที่แผนที่อย่างสมบูรณ์”

โลหะที่แปลกประหลาดอาจช่วยไขปริศนาว่าสนามแม่เหล็กของโลกก่อตัวอย่างไร

ผลกระทบของไดนาโมที่สร้างแรงดึงแม่เหล็กของโลกก็อาจเกิดขึ้นได้ในโลหะ Weyl วัสดุแปลก ๆ ที่เรียกว่าโลหะ Weyl อาจเปิดเผยความลับว่าโลกได้รับสนามแม่เหล็กอย่างไร

สารเหล่านี้สามารถสร้างเอฟเฟกต์ไดนาโม ซึ่งเป็นกระบวนการที่วัสดุนำไฟฟ้าหมุนวนสร้างสนามแม่เหล็ก ทีมนักวิทยาศาสตร์รายงานในจดหมายทบทวนทางกายภาพวัน ที่ 26 ต.ค.

ไดนาโมมีอยู่ทั่วไปในจักรวาล โดยสร้างสนามแม่เหล็กของโลก ดวงอาทิตย์ และดาวฤกษ์อื่นๆ และกาแลคซี่ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่เข้าใจรายละเอียดว่าไดนาโมสร้างสนามแม่เหล็กอย่างไร และน่าเสียดายที่การสร้างไดนาโมในห้องปฏิบัติการนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ทำให้นักวิจัยต้องหมุนถังขนาดใหญ่ที่ทำจากโลหะเหลว เช่น โซเดียม ( SN: 5/18/13, p. 26 )

โลหะ Weyl ถูก ค้นพบครั้งแรกในปี 2015 เป็นวัสดุทอพอโลยี ซึ่งหมายความว่าพฤติกรรมของพวกมันถูกควบคุมโดยสาขาวิชาคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าโทโพโลยี ซึ่งเป็นการศึกษารูปทรงต่างๆ เช่น โดนัทและนอต ( SN: 8/22/15, p. 11 ) อิเล็กตรอนในโลหะ Weyl เคลื่อนที่ในลักษณะที่แปลกประหลาด ทำตัวราวกับว่าไม่มีมวล

นักวิจัยค้นพบภายในวัสดุเหล่านี้ อิเล็กตรอนอยู่ภายใต้สมการชุดเดียวกันกับที่อธิบายพฤติกรรมของของเหลวที่ทราบว่าก่อตัวเป็นไดนาโม เช่น เหล็กหลอมเหลวในแกนชั้นนอกของโลก การคำนวณของทีมแนะนำว่าภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ควรทำไดนาโมจากโลหะ Weyl ที่เป็นของแข็งได้

การสร้างไดนาโมในห้องปฏิบัติการอาจทำได้ง่ายกว่า เนื่องจากไม่ต้องการโลหะเหลวที่หมุนวนจำนวนมาก ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนในชิ้นเล็กๆ ของโลหะ Weyl สามารถไหลได้เหมือนของไหล แทนที่โลหะเหลว

ผลยังคงเป็นทฤษฎี แต่ถ้าแนวคิดนี้ใช้ได้ผล นักวิทยาศาสตร์อาจสามารถใช้โลหะ Weyl เพื่อสร้างสภาพที่มีอยู่ในโลกได้ และเข้าใจมากขึ้นว่าสนามแม่เหล็กของมันก่อตัวขึ้นอย่างไร

ดังนั้นอย่าคาดหวังว่าเครื่องยนต์ควอนตัมเหล่านี้จะให้พลังงานแก่ยานพาหนะหรืออุปกรณ์ในเร็วๆ นี้ “หากคุณกำลังพยายามสร้างรถยนต์หรือเครื่องยนต์ไอพ่น … มันไม่มีประโยชน์อย่างยิ่ง” นักฟิสิกส์ Ian Walmsley จาก Imperial College London ผู้ร่วมวิจัยกล่าว

แต่การศึกษาได้เปิดเผยรายละเอียดใหม่ว่ากลศาสตร์ควอนตัมเชื่อมโยงกับอุณหพลศาสตร์อย่างไร ทฤษฎีที่ควบคุมความร้อน อุณหภูมิ และพลังงาน ( SN: 3/19/16, p. 18 ) ในกรณีนี้ เครื่องยนต์ใหม่เผยให้เห็นช่องโหว่ถึงขีดจำกัดปกติในการผลิตพลังงาน “เราไม่ได้เปลี่ยนโครงสร้างของเทอร์โมไดนามิกส์ แต่เราได้ปลดล็อกชิ้นส่วนใหม่” Walmsley กล่าว เซ็กซี่บาคาร่า