Fyzmatik | Elektrony se dokážou "dělit"

Elektron je stále považován za elementární - to je dále nedělitelnou částici. Představit si jej je ovšem poněkud obtížné. Je odpovědný za vedení elektrického proudu například v kovech. Záporný náboj elektronu a pohyb této částice je také důležitý pro magnetické projevy této částice. Jeho magnetické a elektrické vlastnosti (náboj a spin) byly totiž až donedávna považovány za od sebe neoddělitelné. Přesto se s ním v kvantové fyzice dají dělat věci!

Představte si otáčející se kouli. Teď od sebe zkuste oddělit kouli a její otáčení. Zdá se vám, že je to nesmysl? V běžném světě něco takového není možné, ale v kvantovém ano.A když je dáte znovu dohromady, zase dostanete točící se kouli. Tak nějak to s elektrony v ultratenkých drátech je. Zní to dost podivně, ale kvantová fyzika bývá velmi bizarní. To, co nám radí náš úsudek vyplývající z každodenní zkušenosti, ve světě atomů a subatomárních částic obvykle neplatí.Na pochopení kvantových jevů nám "obyčejný selský" rozum nestačí, často pro jejich popis ani nemáme vhodná slova či pojmy. Faktem ale je, že v případě elektronu od sebe skutečně můžeme oddělit vlastní částici a její rotaci.

Hypotéza, se kterou vystoupil v roce 1981 Duncan Haldane byla velmi odvážná: za velmi nízkých teplot  by se v ultratenkých drátech elektrický náboj elektronu a jeho rotační moment (spin) oddělit. Vznikly by tak hypotetické částice, které označil jako holony (částice nesoucí náboj) a spinové částice - spinony. Fyzikům z Cambridge a Birminghamu se v poslední době podařilo uskutečnit experiment, při kterém se Haldanovy myšlenky potvrdily a  spinony a holony  byly skutečně pozorovány. otázkou však zůstává jak se takové částice dál chovají a co by se stalo při jejich opětovném složení dohromady.

V běžných kovech za běžných teplot se elektrony díky svým záporným nábojům mezi sebou odpuzují. Pokud se ale nalézají ve velmi tenkém vodiči, jejich chování se začíná významně měnit. Přítomnost dalších elektronů ve svém bezprostředním okolí elektrony špatně "snášejí", je pro ně čím dál těžší držet se dál od ostatních a nakonec se tedy "raději" rozdělí, a tak vznikají holony a spinony. Holony dál nesou jen elektrický náboj a spinony spin, tedy zjednodušeně rotaci původního elektronu. Aby bylo možné experiment uskutečnit, museli vědci elektrony v ultratenkém vlákénku o průměru řádově několika desítek nanometrů, co nejtěsněji uzavřít. Poté drátek umístili do blízkosti kovové desky a pozorovali za teplot několik desetin stupNě nad absolutní nulou, jak elektrony z kovu tzv. kvantovým tunelováním přeskakují do drátu.Při tomto pokusu opakovaně zaznamenali rozpad jednotlivých elektronů na dvojice nových částic, holony a spinony.

Pokus provázely nejrůznější technologické obtíže, výzkumníci byli nuceni vyvinout celou řadu nových měřících nanopřístrojů a nanozařízení. Dokonce museli vymyslet způsob, jak předat náboj mezi deskou a drátem, vzdálenými pouhých 30 atomů od sebe. Experiment ještě ukázal zajímavý fakt, že spinony a holony se mohou vyskytovat v mnohem větších vzdálenostech, než teorie předpovídala, což by mohlo být využito v praktických aplikacích.

Takovéto "kvantové dráty" se totiž běžně užívají k propojení kvantových teček, na kterých by v budoucnosti mohl být založen nový typ tzv. kvantových počítačů.  To by mohlo závažně ovlivnit další vývoj počítačového průmyslu a vést k nové počítačové revoluci.Výsledky jsou ovšem zajímavé i z hlediska teorie supravodivosti.

Podle  článku Josefa Kučery