Albert Einsteint elsősorban elméleti fizikusként ismerhetjük, de valójában nem csak gondolatkísérleteket, hanem nagyon is gyakorlati kísérleteket is végzett: köztük 1914-ben és 1915-ben egy fontos vizsgálatot, ami az anyagok mágnesességével kapcsolatban fedett fel fontos részleteket. A kutatást a holland fizikussal, Wander Johannes de Haasszal együtt valósította meg, és az eredményeik bizonyították André-Marie Ampère “molekuláris örvényének” létezését, azaz demonstrálták, hogy a mágneses és a mechanikai perdület alapvető kapcsolatban áll egymással.

Egy nemzetközi kutatócsoport most ennek a perdületnek a pontos működését figyelte meg szilárd anyagban, felfedve, hogyan viselkednek az atomok a kristályrácsban, miközben a perdületet közvetítik egymás között. A kísérletben egyúttal egy különleges jelenséget is felfedeztek: az atomok forgása egy ponton az ellenkezőjébe fordul a szimmetria törvényének engedelmeskedve.

“Az alapvető természeti törvényeket az olyan megmaradó mennyiségek szabják meg, mint az energia, az impulzus és az impulzusmomentum.

Egy zárt rendszerben ezek a mennyiségek mindig megmaradnak: nem hozhatók létre és nem semmisíthetőek meg, csak átalakulhatnak vagy át lehet helyezni őket. Bár az impulzusmomentum a mindennapi életben is ismerős a forgó körhinták vagy a kerékpározás révén, a kvantumszinten központi szerepet játszik, például a mágnesesség alapvető eredeteként.” - magyarázza a kutatásban részt vevő Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Az impulzusmomentumot, azaz perdületet az atomok a kristályrácsok különféle rezgése által továbbítják, a kísérletben használt bizmut-szelenidben pedig megfigyelhetővé vált, hogy a rácsok vibrációjához köthető perdület hogyan változik az ellenkezőjébe, a kristályrács speciális forgási szimmetriája miatt. A kutatók az atomok mozgását ultraerős terahertzes lézerimpulzusokkal irányították, és ezzel kétféle rezgést hoztak létre a kristályrácsban - a perdület ezek között az eltérő rezgések között fordult meg a megfigyelések szerint.

“Ez a hatás a kristályrács különleges forgási szimmetriájából ered: bizonyos forgási állapotok fizikailag egyenlő értékűek, még akkor is, ha ellentétes irányban forognak.

A kísérleti megfigyelés ezért az impulzusmomentum megmaradásának közvetlen kvantummechanikai lenyomatát jelenti szilárd testekben.” - írja a HZDR.

Az eredmények nem csak a mágnesesség működésének újabb érdekes aspektusát tárták fel, hanem gyakorlati hasznuk is lehet: a kvantumanyagok jobb irányíthatóságát tehetik lehetővé, és a jövőbeli kvantumos eszközök fejlesztését segíthetik elő.

(Fotó: O. Minakova/ S.F. Maehrlein/ B. Schröder/ HZDR)

Nyugtalanító jelenségek a fizika rejtett területeiről Ilyen, amikor a fizika megmutatja furcsa oldalát.