Chodzi o tzw. spontaniczne złamanie symetrii, które bierze udział w szeregu zjawisk towarzyszących nam zarówno na co dzień, jak i zarezerwowanych dla najbardziej rozbudowanych eksperymentów. Z tego względu uznaje się je za kluczowe dla funkcjonowania wszechświata.
Czytaj też: Wieloletni model dotyczący elektronów trafi do śmietnika? Przełom w sprawie nadprzewodnictwa
Zdając sobie z tego sprawę, naukowcy związani z artykułem zamieszczonym w Physical Review X, przeprowadzili owocny w skutkach eksperyment. Jego zwieńczeniem była identyfikacja ledwo zauważalnych odkształceń występujących w kryształach. Dzięki nim członkowie zespołu badawczego zasugerowali, jakoby takie zmiany wpływały na bardzo nietypowe zachowanie elektronów.
Christopher Butler i jego współpracownicy wyjaśniają, że jednym z przykładów spontanicznego złamania symetrii jest sytuacja, w której kula umieszczona na szczycie idealnie symetrycznego wzgórza zaczyna się z niego staczać. W takich okolicznościach, pomimo braku preferowanego przez grawitację kierunku, dochodzi do złamania pierwotnej symetrii całego układu.
Mechanizm związany ze zjawiskiem spontanicznego złamania symetrii od lat wzbudza ciekawość fizyków
Naukowcy szukali podobnych zjawisk w kolektywnych zachowaniach elektronów wchodzących w skład materiałów. Początkowo wydawało im się, że dopięli swego, gdy dostrzegli, jak zachowują się elektrony na powierzchniach kryształów cyrkonowo-krzemowego siarczku. Posłużyli się w tym celu skaningowym mikroskopem tunelowym.
Jak wyjaśniają, fenomen ten był naprawdę niespodziewany i porównują go do sytuacji, w której wrzucenie kamienia do jeziora sprawia, że powstają fale, które nie rozprzestrzeniają się na wszystkie strony, ale wyłącznie w lewo i prawo. Autorzy byli niemal pewni, że znaleźli dowód na występowanie spontanicznego złamania symetrii przy udziale elektronów. Z czasem pojawiły się jednak wątpliwości.
Czytaj też: Przypadkowo stworzyli materiał, który wydaje się przeczyć prawom fizyki. Wtedy stało się coś niezwykłego
Rozwiały je dalsze analizy, na podstawie których członkowie zespołu upewnili się, z czym mają do czynienia. Namierzone zniekształcenia powiązali z niewielkimi zniekształceniami, które pojawiły się w obrębie kryształów w czasie ich produkcji. Źródło całego zamieszania leżało więc gdzie indziej, ale nie oznacza to, że nie wyciągnięte wnioski nie przyniosą żadnych korzyści. Wręcz przeciwnie.
Zdaniem samych zainteresowanych będzie ich można użyć w urządzeniach wykorzystujących inżynierię naprężeń. Co jeszcze istotniejsze, wiele dotychczas opisanych odkryć może wymagać ponownego rozpatrzenia. Wszędzie tam, gdzie dotychczas zidentyfikowano spontaniczne złamanie symetrii z udziałem elektronów, może pojawić się konieczność rewizji. Fizycy będą natomiast kontynuować poszukiwania dowodów na to, co stanowiło ich początkowy cel.