Erittäin kuumat materiaalit osoittavat lämpötilansa kiertämällä.
Uusi tutkimus ehdottaa, että jotkut materiaalit käyttäytyvät oudosti, kun ne ovat paljon kuumempia kuin ympäristönsä. Nenäsukelluksen, kehruuelektronien ohjaamana ne kiertyvät kuin korkkiruuveja.
Mutta nämä havainnot ovat teoreettisia, ja niitä ei ole vielä todistettu kokeellisesti, sanoi Michiganin osavaltion yliopiston apulaisprofessori Mohammad Maghrebi. Maghrebi ja hänen tiiminsä aloittivat tutkimuksen yksinkertaisella kysymyksellä: Mitä tapahtuisi, jos napautaan materiaalia, joka on epätasapainossa sen ympäristön kanssa?
Kohteet säteilevät jatkuvasti fotoneja tai valon hiukkasia. Tasapainossa ollessa, esineissä, samoissa olosuhteissa, kuten lämpötilassa, kuin ympäristössään, esineet työntyvät fotoneihin samalla nopeudella, jolla ne imevät toiset takaisin.
Tämä on "sellainen tiede, josta olemme parhaiten perehtyneitä", Maghrebi sanoi. Mutta kun esineen ulkopuolella oleva lämpötila on alhaisempi kuin esineen lämpötila, asia heitetään tasapainosta ja "mielenkiintoisia asioita voi tapahtua".
Tietyn tyyppisille materiaaleille ympäristön lämmittäminen tai jäähdyttäminen saa esineet säteilemään paitsi energian fotonien muodossa myös sen, mitä kutsutaan kulmavirheeksi - tai pyörivän esineen taipumuksen pyöriä edelleen, Maghrebi sanoi.
Vaikka fotonit eivät todellakaan kierto, niillä on omaisuus nimeltään "spin", Maghrebi sanoi. Tätä spinää voidaan kuvata joko +1 tai -1. Tasapainosta heitetyt kuumat esineet säteilevät fotoneja, joilla on pääosin sama spin (melkein kaikki +1 tai melkein kaikki -1). Tämä fotonien synkronia vetää kaiken esineen materiaalin samaan suuntaan, mikä johtaa tähän vääntömomenttiin tai kiertymiseen.
Tutkijat tiesivät kuitenkin, että pelkkä ympäristön kuumuus ei riitä synkronoimaan fotonien pyöriä ja aiheuttamaan tällaista kiertymistä.
Joten he keskittivät teoriansa erityiseen materiaalityyppiin, nimeltään topologinen eriste, jonka pintaan virtaa sähköä tai elektronia. Tämä materiaali on ympäristöstään kuumin, mutta siinä on myös "magneettisia epäpuhtauksia".
Nämä epäpuhtaudet vaikuttavat pinnan elektroniin siten, että ne mieluummin toista spinistä (elektronilla on myös spin) toiseen. Hiukkaset siirtävät sitten edullisen spininsä vapautuville fotoneille, ja materiaali kiertyy, hän sanoi.
Periaatteessa sinulla olisi samanlainen vaikutus mihin tahansa materiaaliin, kunhan kohdistat siihen magneettikentän, Maghrebi sanoi. Mutta useimmissa muissa materiaaleissa sen kentän pitäisi olla "todella, todella, todella valtava, ja se ei ole oikeasti mahdollista".
Maghrebi kertoi toivovansa, että muut joukkueet testaavat nämä teoreettiset ennusteet kokeilla. Se, onko tämä vain hienoa fysiikan löytöä vai jotain, jolla voi olla jonkinlainen sovellus, on epäselvää.
"En todellakaan tiedä, voisiko olla hienoja sovelluksia", Maghrebi sanoi. Mutta se "tuntuu sellaiselta asialta, jolla saattaa olla joitain sovelluksia".
Tulokset julkaistiin 1. elokuuta Physical Review Letters -lehdessä.
Toimittajan huomautus: Tämä artikkeli päivitettiin selventämään, että tulevaisuuden kokeellista työtä suorittavat muut ryhmät, ei Maghrebi ja hänen ryhmänsä, jotka ovat kaikki teoreettisia fyysikoita.
