In questi giorni, film e videogiochi rendono immagini 3D sempre più realistiche su schermi 2D, dando agli spettatori l'illusione di guardare in un altro mondo. Per molti fisici, anche se, mantenere le cose piatte è molto più interessante.

Una ragione è che i paesaggi piatti possono sbloccare nuovi modelli di movimento nel mondo quantistico di atomi ed elettroni. Ad esempio, l'eliminazione della terza dimensione consente l'emergere di una classe di particelle completamente nuova, particelle che non si adattano perfettamente alle due classi, bosoni e fermioni, fornito dalla natura. Queste nuove particelle, noto come anyons, cambiano in modi nuovi quando si scambiano di posto, un'impresa che un giorno potrebbe alimentare una razza speciale di computer quantistici.

Ma gli anyon e le condizioni che li producono sono stati estremamente difficili da individuare negli esperimenti. In un paio di articoli pubblicati questa settimana in Lettere di revisione fisica , Il collega JQI Alexey Gorshkov e diversi collaboratori hanno proposto nuovi modi di studiare questa insolita fisica piatta, suggerendo che un piccolo numero di atomi vincolati potrebbe fungere da sostituti per gli elettroni schizzinosi che per la prima volta si prevedeva esibissero stranezze a bassa dimensionalità.

"Questi due articoli si aggiungono alla crescente letteratura che dimostra la promessa degli atomi freddi per lo studio della fisica esotica in generale e degli anioni in particolare, " Dice Gorshkov. "Abbinato ai recenti progressi negli esperimenti sugli atomi freddi, incluso dal gruppo di Ian Spielman al JQI, questo lavoro suggerisce eccitanti dimostrazioni sperimentali che potrebbero essere proprio dietro l'angolo".

Nella prima carta, che è stato selezionato come suggerimento della redazione, Gorshkov e colleghi hanno proposto di cercare una nuova firma sperimentale di anyons, che potrebbe essere visibile in una piccola raccolta di atomi che saltellano in una griglia 1-D. Il lavoro precedente ha suggerito che tali sistemi potrebbero simulare il comportamento di scambio di anyon, ma i ricercatori conoscevano solo modi per individuare gli effetti a temperature estremamente fredde. Anziché, Fangli Liu, uno studente laureato presso JQI, insieme a Gorshkov e altri collaboratori, trovato un modo per rilevare la presenza di anyons senza bisogno di tali climi gelidi.

ordinariamente, atomi distribuiti simmetricamente nel tempo in una griglia 1-D, ma tutti generalmente preferiranno la sinistra alla destra o viceversa. I ricercatori hanno sostenuto che semplici modifiche al laser utilizzato per creare la griglia farebbero saltare gli atomi meno come se stessi e più come gli altri. Misurando il modo in cui il numero di atomi in posizioni diverse cambia nel tempo, sarebbe quindi possibile individuare l'asimmetria attesa da anyons. Per di più, la regolazione del laser renderebbe facile cambiare la direzione preferita nell'esperimento.

"La motivazione era quella di utilizzare qualcosa che non richiedesse temperature estremamente fredde per sondare gli anioni, "dice Liu, l'autore principale dell'articolo. "La speranza è che magari alcune idee simili possano essere utilizzate in contesti più generali, come cercare asimmetrie correlate in due dimensioni."

Nella seconda carta, Gorshkov e un gruppo separato di collaboratori hanno trovato prove teoriche per un nuovo stato della materia strettamente correlato a un liquido di Laughlin, l'esempio prototipico di una sostanza con ordine topologico. In un liquido Laughlin, le particelle - in origine gli elettroni - trovano modi elaborati per evitarsi l'un l'altro, portando all'emergere di anyoni che trasportano solo una frazione della carica elettrica trattenuta da un elettrone.

"Anyon sono praticamente ancora costrutti teorici, "dice Tobias Erba, un ricercatore post-dottorato presso JQI e l'autore principale del secondo articolo, "e gli esperimenti devono ancora dimostrarli in modo definitivo".

Sebbene siano state osservate cariche frazionarie negli esperimenti con gli elettroni, molte delle loro altre proprietà previste sono rimaste non misurabili. Ciò rende difficile la ricerca di altri comportamenti interessanti o lo studio più approfondito dei liquidi di Laughlin. Erba, Gorshkov e i loro colleghi hanno suggerito un modo per manipolare le interazioni tra una manciata di atomi e hanno scoperto un nuovo stato della materia che mescola le caratteristiche del liquido di Laughlin e una fase cristallina meno esotica.

Gli atomi in questo nuovo stato si evitano l'un l'altro in modo simile agli elettroni in un liquido di Laughlin, e cadono anche in uno schema regolare come in un cristallo, anche se in modo strano, con solo la metà di un atomo che occupa ciascun sito di cristallo. È un mix unico di simmetria cristallina e ordine topologico più complesso, una combinazione che ha ricevuto pochi studi precedenti.

"L'idea che tu abbia un sistema bosonico o fermionico, e poi dalle interazioni emerge una fisica completamente diversa, possibile solo nelle dimensioni inferiori, " Dice Grass. "Avere una dimostrazione sperimentale di una qualsiasi di queste fasi è semplicemente interessante da una prospettiva fondamentale".