Физики впервые зафиксировали «киральные гравитоны» в квантовых системах Холла

Учёные из Нанкинского университета и ряда других научных институтов впервые экспериментально зафиксировали существование так называемых киральных гравитонов — экзотических квазичастиц, возникающих в дробных квантовых системах Холла. Об этом сообщается по данным исследовательской группы под руководством физика Линцзе Ду.

Квантовый эффект Холла проявляется, когда электроны оказываются заперты в сверхтонком слое материала, охлаждены почти до абсолютного нуля и помещены в экстремально сильное магнитное поле. В таких условиях электроны начинают синхронизировать своё поведение, порождая коллективные возбуждения — квазичастицы, не существующие в виде отдельных элементарных частиц, но ведущие себя как самостоятельные объекты внутри материала.

Для объяснения подобных коллективных эффектов физики ранее предложили так называемую партонную теорию, которая предполагает существование «эмерджентных партонов» — квазичастиц, по поведению напоминающих кварки, применяемые в физике конденсированного состояния (то есть в физике твёрдых тел и жидкостей).

Более новые геометрические модели квантовых систем Холла предсказывали, что незначительные искажения так называемой квантовой метрики системы способны порождать особый тип коллективных возбуждений — киральные гравитоны. Несмотря на название, отсылающее к гравитации, эти квазичастицы не имеют ничего общего с гипотетическими переносчиками гравитационного взаимодействия — это лишь не самое удачное обозначение, прижившееся в физике.

Наблюдать подобные объекты долгое время не удавалось из-за крайней технической сложности эксперимента. Однако команде Линцзе Ду удалось это сделать: во фракционных (дробных) квантовых системах Холла исследователи зафиксировали сразу несколько киральных гравитонов, включая один с низкой энергией и другой — с высокой.

Особое значение имеет обнаружение именно высокоэнергетического гравитона: по словам авторов работы, это подтверждает партонную теорию дробного квантового эффекта Холла и впервые даёт спектроскопические доказательства существования ранее не наблюдавшихся высокоэнергетических партонов.

Результаты показывают, что эмерджентные партоны — не просто удобная математическая абстракция, а реальные квазичастицы, обладающие собственной геометрической динамикой. Это открытие расширяет понимание квантовых материалов и может повлиять на дальнейшие исследования в области квантовых технологий.