Nowa technika pomiarowa podważa dotychczasowe teorie
Naukowcy z Japonii wprowadzili metodę umożliwiającą precyzyjne przyłożenie trzech typów odkształceń ścinających do niezwykle cienkich próbek rutynianu strontu. To ważne, ponieważ wcześniejsze analizy z użyciem ultradźwięków wskazywały na dużą podatność materiału na takie deformacje. Taka cecha uważana była za argument na rzecz dwuskładnikowego stanu nadprzewodzącego, czyli hipotezy dominującej przez lata. Okazało się coś zupełnie innego. Punkt, w którym materiał staje się nadprzewodzący, niemal się nie przesunął. Zmiana była mniejsza niż 10 tysięcznych kelwina na każdy procent odkształcenia. To wartość tak znikoma, iż mieści się w marginesie błędu pomiarowego. Porównując, to jak podgrzewanie herbaty o ułamek stopnia, a więc różnica jest naprawdę niezauważalna.
Czytaj też: Wyspy inwersji istnieją tam, gdzie być nie powinny. Przełomowe odkrycie zmienia podręczniki fizyki jądrowej
Artykuł opublikowany w Nature Communications zawiera dane eliminujące niektóre wcześniejsze koncepcje. Wygląda na to, że w rutynianie strontu mamy do czynienia z jednoskładnikowym, a nie dwuskładnikowym stanem nadprzewodzącym. Prawdziwy kłopot zaczyna się, gdy zestawimy ze sobą różne podejścia. Eksperymenty z ultradźwiękami wyraźnie rejestrowały znaczący wpływ odkształceń ścinających. Ten fakt stanowił jeden z filarów teorii o dwuskładnikowym stanie. Tymczasem najnowsze, bezpośrednie pomiary nie potwierdzają tej zależności. Dwie uznane metody badawcze dostarczają sprzecznych danych na temat tego samego zjawiska.
Wyjaśnienie tej niezgodności to teraz kluczowe zadanie. Czy winna jest sama technika pomiarowa? A może oddziaływanie ultradźwięków z materiałem jest bardziej złożone, niż sądziliśmy? Inna możliwość: bezpośrednie odkształcanie nie uchwyci wszystkich subtelności zachodzących w sieci krystalicznej. Spór między wynikami pomiarów ultradźwiękowych a doświadczeniami z ciśnieniem jednoosiowym trwa od dłuższego czasu. Nowe odkrycie raczej go zaostrza, niż łagodzi. To tak, jakby dwa sprawne termometry w jednym pomieszczeniu wskazywały inną temperaturę; jedno z urządzeń musi być błędne, albo mierzą one nie do końca to samo.
Co dalej z teoriami nadprzewodnictwa?
Wyniki japońskich badaczy przychylają się ku prostszemu, jednoskładnikowemu modelowi parametru porządku. Na horyzoncie pojawia się jednak nowa zagadka. Taka koncepcja nie potrafi jednolicie wytłumaczyć innych zaobserwowanych cech materiału. Rutynian strontu łamie symetrię odwracania czasu, tworzy domeny nadprzewodzące i posiada poziome węzły linii. Wszystko to zdaje się wymagać bardziej skomplikowanego opisu. Naukowcy dopuszczają istnienie nieodkrytego jeszcze stanu kwantowego, który rządzi się innymi prawami.
Czytaj też: Cząstki zbuntowały się przeciwko prawom fizyki. Eksperyment w Austrii pokazał coś niemożliwego
Opracowana technika precyzyjnego odkształcania może być użyteczna także w badaniach nad innymi nietypowymi nadprzewodnikami, np. UPt₃, czy materiałami o złożonych przemianach fazowych. Daje ona możliwość weryfikacji hipotez w nowy sposób, bo przez bezpośrednią ingerencję w strukturę krystaliczną i obserwację skutków w czasie rzeczywistym. Przed fizykami stoi teraz zadanie rozstrzygnięcia, skąd bierze się rozbieżność między metodami i co ona oznacza dla naszego rozumienia nadprzewodnictwa w tym szczególnym związku.