Karawana jedzie, choć tempo nie oszałamia. Czy w fizyce dziś mało się dzieje?

Zresztą dzieje się niemało także w badaniach fundamentalnych. W sierpniu 2024 r. naukowcy z londyńskiego University College zaprezentowali radykalną teorię, która stara się pogodzić dwa filary współczesnej fizyki, mechanikę kwantową i ogólną teorię względności Einsteina. Te dwa fundamenty współczesnej fizyki są ze sobą niezgodne, a ich ujednolicenie pozostaje celem nieuchwytnym. Jak dotąd przy wszelkich próbach pogodzenia tych teorii dochodzimy do matematycznych niespójności i sprzeczności. Profesor Jonathan Oppenheim i członkowie jego zespołu w artykułach na łamach „Physical Review X” proponują „teorię postkwantową”, według której czasoprzestrzeń może pozostać w stanie „klasycznym”, nienaruszonym przez mechanikę kwantową, jeśli zmodyfikujemy tę drugą w ten sposób, by uwzględnić nieprzewidywalność, w której pośredniczy czasoprzestrzeń. W konsekwencji czasoprzestrzeń doświadcza losowych i gwałtownych fluktuacji, które przekraczają ramy określone przez teorię kwantową. Ilustruje się to przykładem obiektu wchodzącego do czarnej dziury, który zgodnie z mechaniką kwantową powinien w jakiś sposób wypromieniowywać informacje z powrotem. Koncepcja ta jest jednak sprzeczna z ogólną teorią względności, która zakłada, że gdy obiekt przekroczy horyzont zdarzeń czarnej dziury, staje się niedostępny. Teoria postkwantowa oferuje nową perspektywę, sugerując, że fundamentalne załamanie przewidywalności nieodłącznie związane z czasoprzestrzenią pozwala na zniszczenie informacji, rozwiązując ten długotrwały paradoks.

W innych badaniach naukowcy sugerują, że splątanie kwantowe jest, przynajmniej w pewnym stopniu, odwracalne, identyfikując i definiując wersję entropii, która ma zastosowanie do splątania kwantowego. Bartosz Reguła z RIKEN Center for Quantum Computing i Ludovico Lami z uniwersytetu w Amsterdamie opublikowali na ten temat artykuł w czasopiśmie „Nature Communications”. W swoim artykule podsumowują jedno z najtrudniejszych pytań mechaniki kwantowej –  odwrócenie splątania, czyli strzałki czasu w entropii, to jest wzroście nieuporządkowania. Zamiast rozlanej szklanki wody lub wyciśniętej tubki pasty do zębów, system kwantowy byłby w tym ujęciu bardziej jak huśtawka, która wraca po wychyleniu do pozycji wyjściowej.

Coraz cięższe pierwiastki w poszukiwaniu oazy stabilności

Jeśli te prace wydają się mgliste, to może dążenie do osiągnięcia cięższych i stabilnych pierwiastków zadowoli narzekających na zastój w fizyce. Naukowcy z laboratorium Berkeley Lab wykorzystali wiązkę atomów tytanu do  wytworzenia atomów pierwiastka 116. To nie tylko nowy sposób wytwarzania otrzymanego już wcześniej superciężkiego pierwiastka, ale także nowy trop na drodze do nieodkrytych jeszcze pierwiastków o liczbie atomowej 120, który w dodatku mogą być stabilne.

Układ okresowy układa pierwiastki według liczby atomowej, czyli, mówiąc w uproszczeniu, liczby protonów, które każdy pierwiastek ma w swoim jądrze. Pierwsze 94 pierwiastki układu występują w naturze. Cięższe pierwiastki zostały stworzone w laboratorium przez połączenie istniejących pierwiastków. Metoda tworzenia nowych pierwiastków na papierze brzmi stosunkowo prosto: jeśli chcesz uzyskać pierwiastek o określonej liczbie atomowej, po prostu rozbij dwa inne pierwiastki, które mają łącznie taką samą liczbę protonów. Na przykład, aby stworzyć pierwiastek oganesson z 118 protonami w jądrze, naukowcy zwykle wystrzeliwują wiązkę wapnia (20 protonów) w cel z kalifornu (98 protonów). Dzięki tej metodzie zsyntetyzowano pierwiastki superciężkie o liczbach atomowych od 112 do 118. Fizycy od dawna podejrzewają, że możliwe jest wytworzenie jeszcze cięższych pierwiastków, ale niestety kaliforn jest najcięższym pierwiastkiem, który może być użyty jako cel. Kolejne pod względem liczby atomowej są zbyt niestabilne.

Skoro nie można zmienić celu, to być może należy zmienić pocisk. Tak właśnie zrobił zespół Berkeley Lab, co opisuje w „Physical Review Letters”, uzyskując dodatkowe dwa protony dzięki zamianie wapnia na tytan, który ma 22 protony w jądrze. Nie jest to jednak tak proste. Po pierwsze, proces wymaga tytanu-50, rzadkiego izotopu, który stanowi tylko około 5 proc. całego naturalnego tytanu na Ziemi. Ponadto trzeba go w temperaturze 1649°C zamienić na plazmę, z której można uzyskać wiązkę. Aby sprawdzić, czy to działa, zespół wystrzelił ją w cel wykonany z plutonu, który ma 94 protony. Powoduje to produkcję pierwiastka 116, livermoru, choć w ciągu trwającego wiele dni eksperymentu wytworzono tylko dwa atomy tego pierwiastka. Zakłada się, że wiązka tytanowa po uderzeniu w cel z kalifornu pozwoli uzyskać hipotetyczny pierwiastek 120. Przewiduje się, że  gdyby „unbinilium”, aby użyć jego nazwy zastępczej, został odkryty, byłby metalem ziem alkalicznych i znajdowały się w obecnie pustym ósmym rzędzie układu okresowego, obok również nieodkrytego pierwiastka 119. Ale najbardziej ekscytuje badaczy hipoteza, że pierwiastek 120 może lądować na „wyspie stabilności”. Pierwiastki superciężkie rozpadają się w ciągu kilku milisekund, co czyni je trudnymi do badania i niepraktycznymi w jakimkolwiek rzeczywistym zastosowaniu. Przewiduje się jednak, że niektóre izotopy tych pierwiastków mogą mieć odpowiednią liczbę neutronów, aby zrównoważyć całość, stabilizując ją na minuty, a nawet dni. Jeśli tak, pierwiastek 120 mógłby być najbardziej użytecznym nowym pierwiastkiem stworzonym od dłuższego czasu. Mógłby np. posłużyć do wytwarzania jeszcze cięższych pierwiastków…

Szczeliny czasu

Słynny eksperyment z podwójną szczeliną, który wykazał, że światło jest zarówno falą, jak i cząstką, został przeprowadzony ponownie w 2023 r., choć chodziło tym razem o „szczeliny czasowe”. Riccardo Sapienza z londyńskiego Imperial College London i jego koledzy przeprowadzili eksperyment, w którym przeszkody w propagacji światła były oddzielone w czasie, nie w przestrzeni. Badacze wykorzystali materiał o nazwie tlenek indowo-cynowy, który jest powszechnie stosowany w powłokach różnych wyświetlaczy elektronicznych. Po uderzeniu w niego silną wiązką lasera zmienia się on z prawie całkowicie przezroczystego w materiał odbijający większość światła, które w niego uderza. Naukowcy wykorzystali dwa kolejne impulsy laserowe. Światło z lasera sondującego przechodziło przez materiał w czasie, gdy nie był on odblaskowy, i odbijało się,  gdy trafiało jednocześnie z impulsem laserowym. Reakcja materiału zmieniała jego współczynnik od-bicia w ciągu kilku femtosekund. Osiągnięcie zostało opisane w „Nature Physics”.

Kolejnym celem zespołu jest zbadanie tego zjawiska w „krysztale czasowym”, analogicznym do kryształu atomowego, w którym właściwości optyczne zmieniają się w czasie. Wykorzystując metamateriały do kontrolowania zachowania światła, naukowcy mogliby opracować nowe typy procesorów optycznych, co może prowadzić do rozwoju komputerów, które są zarówno szybsze, jak i bardziej energooszczędne. W medycynie zdolność do kontrolowania czasu i częstotliwości światła może prowadzić do opracowania nowych rodzajów techniki obrazowania, które byłyby bardziej precyzyjne i mniej inwazyjne niż obecnie znane. Mogliby również wykorzystywać światło do precyzyjnego namierzania i niszczenia komórek nowotworowych, co prowadziłoby do skuteczniejszych metod leczenia raka z mniejszą liczbą skutków ubocznych.

Eksperymentalne manipulacje czasem dotyczą też możliwości istnienia zamkniętych krzywych czasopodobnych (CTC), hipotetycznych ścieżek cofania się w czasie. Steven Hawking pisał w 1992 r., że prawa fizyki nie pozwalają na istnienie zamkniętych krzywych czasopodobnych, a zatem podróże w czasie są niemożliwe. Jak napisała jednak niedawno Nicole Yunger Halpern, fizyk z National Institute of Standards and Technology i Uniwersytetu w Maryland, w e-mailu do serwisu „Gizmodo”, współautorka nowych eksperymentów, „można je symulować probabilistycznie za pomocą obwodów kwantowo-teleportacyjnych”, czyli niejako „poprawić swój wcześniejszy wybór”, choć zauważyła zarazem, że proponowana symulacja podróży w czasie jeszcze nie miała miejsca. W eksperymentach jej zespołu pozorny efekt podróży w czasie wystąpiłby jeden raz na cztery, czyli wskaźnik niepowodzeń wyniósłby 75 proc. Aby temu zaradzić, naukowcy sugerują wysłanie dużej liczby splątanych fotonów, przy użyciu filtra, aby upewnić się, że fotony z poprawionymi informacjami przedostały się, odsiewając nieaktualne cząstki. David Arvidsson-Shukur, fizyk kwantowy z Uniwersytetu Cambridge, główny autor badania, podsumował to tak: „Wygląda na to, że splątanie kwantowe może generować przypadki, które skutecznie przypominają podróże w  czasie”. Efekty te przewidywał już w 1992 roku znany fizyk Kip Thorne.

Co jest nie tak z Wszechświatem?

Od niekonwencjonalnych pomysłów gotuje się w astrofizyce i kosmologii. Grupa badaczy ogłosiła niedawno, że w egzotycznych warunkach wczesnego Wszechświata fale grawitacyjne mogły wstrząsnąć czasoprzestrzenią tak mocno, że spontanicznie wytworzyło się promieniowanie świetlne. Mogły nawet powstać wzorce fal stojących, czyli fale grawitacyjne nie przemieszczały się, ale stały w miejscu, niemal zamrożone w całym kosmosie. Dawałoby to początek zupełnie nowemu zjawisku – wytwarzaniu światła przez samą grawitację (1). W dzisiejszym Wszechświecie nie ma sytuacji, która pozwoliłaby na zajście tego procesu, ale naukowcy wykazali, że wczesny Wszechświat był znacznie dziwniejszym miejscem, niż moglibyśmy sobie wyobrazić.

1. Wizualizacja światła emitowanego przez fale grawitacyjne.
Fot. stock.adobe.com

Pojawił się nowy model początków Wszechświata sugerujący, że partnerski antywszechświat mógłby wyjaśnić ową przyspieszoną ekspansję bez potrzeby ciemnej energii. Standardowy model kosmologii, zwany Lambda-CDM, wyjaśnia tę ekspansję jako stałą kosmologiczną w równaniach pola Einsteina. Jednak sama stała kosmologiczna nie jest w pełni zrozumiała teoretycznie, szczególnie w odniesieniu do jej bardzo małej dodatniej wartości. Aby wyjaśnić przyspieszoną ekspansję, fizycy zaproponowali alternatywne wyjaśnienia, takie jak kwintesencja i zmodyfikowane teorie grawitacji, w tym grawitacja skalarno-tensorowo-wektorowa. Tymczasem z perspektywy teorii kwantowej naturalne jest, że wszechświaty powstają w parach. Niedawno grupa fizyków zasugerowała, że Wszechświat nie narusza spontanicznie symetrii CPT (symetrii ładunku, parzystości i odwrócenia czasu), ale raczej wszechświat po Wielkim Wybuchu jest obrazem CPT wszechświata przed nim, wskazując na partnerski antywszechświat. Sugerują, że Wszechświat naturalnie rozszerza się w  sposób przyspieszony. Względna entropia, która wymaga dwóch stanów, w tym przypadku odpowiada naszemu Wszechświatowi i jego partnerowi – antywszechświa-towi. Przyspieszona ekspansja wydaje się nieunik-niona we Wszechświecie stworzonym w parach, które respektują warunek zerowej energii.

Inna grupa uczonych sugeruje, że splątanie kwantowe mogło nie istnieć w najwcześniejszym momencie Wszechświata. „New Scientist” pisze o takim wnioskowaniu Jima Al-Khalili z Uniwersytetu Surrey i Eddy’ego Keminga Chena z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. W miarę ewolucji kosmosu splątanie rosło. Hipoteza ta, zwana hipotezą przeszłości splątania, wskazuje na bardzo niską entropię termodynamiczną w początkowym stanie kwantowym Wszechświata. Z tych badań wynika również, że tzw. dekoherencyjna kwantowa strzałka czasu, czyli coś rodzaju czasu kwantowego, była ważniejsza na początkowym etapie niż strzałka termodynaminczna, co oznacza, że ta pierwsza może mieć bardziej fundamentalny charakter. Jest jeszcze jedna implikacja tego badania. Mianowicie koniec Wszechświata może wyglądać inaczej, niż się sądzi. Gdy popularny scenariusz śmierci cieplnej Wszechświata sugeruje stan maksymalnej entropii, w którym nic się nie zmienia, fundamentalność dekoherencyjnej strzałki czasu wskazuje na ciągłą ewolucję nawet poza tym punktem. „Nastąpi termodynamiczna śmierć cieplna, wszystko stanie się zupą bez struktury, ale osiągnięcie maksymalnego splątania zajmie jeszcze potem wiele, wiele miliardów lat”, mówi Chen w „New Scientist”. Oznacza to także m.in., że czas nie jest iluzją, że istnieje, ale jest czymś innym, niż nam się tradycyjnie wydaje.

Z kolei teoria opisana w artykule opublikowanym w „Physical Review A” w czerwcu 2024 r. sugeruje mniej więcej to samo, używając nieco innej terminologii i zakładając, że czas jest jednak swoistą iluzją tworzoną przez splątanie kwantowe. Ogólna teoria względności mówi, że czas jest wbudowany w nasz Wszechświat, że nasza fizyczna rzeczywistość jest osadzona w czasoprzestrzeni i że czas może się wypaczać i rozszerzać w obecności grawitacji. Naukowcy wskazują na to, jak czarna dziura Drogi Mlecznej wypacza czasoprzestrzeń wokół niej. Teoria kwantowa mówi jednak, że czas nie jest w żaden sposób zakrzywiany. Nie zmienia się. Wielu fizyków uważa, że definicja czasu w obu teoriach powinna być spójna. Aby to udowodnić, Alessandro Coppo i inni badacze rozpoczęli poszukiwania nowego sposobu definiowania czasu. Doszli do wniosku, że czas jest wyłącznie konsekwencją splątania. Stwierdzają, że jedynym powodem, dla którego obiekt wydaje się zmieniać w czasie, jest to, że jest splątany z zegarem. W związku z tym każdy, kto obserwuje Wszechświat z zewnątrz, widziałby go jako całkowicie statyczny i niezmienny. Robert Hazen z Laboratorium Ziemi i Planet w Carnegie Science w Waszyngtonie uważa, że pojedyncza strzałka czasu to za mało. Druga strzałka, którą nazywa „prawem rosnącej informacji funkcjonalnej”, uwzględnia ewolucję. Hazen wyjaśnia, że ewolucja wydaje się uwzględniać nie tylko czas, ale także funkcję i cel. Pomysł ten sugeruje, że gdy Wszechświat starzeje się i rozszerza, staje się coraz bardziej zorganizowany i funkcjonalny, co sprzeciwia się teoriom dotyczącym rosnącego kosmologicznego nieporządku. Hazen sugeruje, że te dwie „strzałki”, jedna entropii, a druga zorganizowanej informacji, mogą przebiegać równolegle do siebie.

Entropia jest terminem używanym do opisania progresji systemu od porządku do nieporządku. Wyobraźmy sobie jajko. Gdy jest idealnie rozdzielone na żółtko i białko, ma niską entropię, ale gdy je roztrzepiemy, ma wysoką entropię, jest najbardziej nieuporządkowane, jakie może być. Wielu fizyków uważa, że to właśnie dzieje się z naszym Wszechświatem. Po Wielkim Wybuchu Wszechświat stopniowo przechodził od stanu niskiej entropii do wysokiej entropii, a ponieważ druga zasada termodynamiki mówi, że entropia może tylko rosnąć w systemie, może to wyjaśniać, dlaczego strzałka czasu porusza się tylko do przodu.

Być może warto wspomnieć, gdy już snujemy rozważania o iluzjach, entropii i ewolucji Wszechświata, nieco ekscentryczną hipotezę fizyka, który badał mutacje wirusa SARS-CoV-2 i na podstawie swoich wyników ogłosił, że znalazł dowody na nowe prawo fizyki zwane „drugim prawem infodynamiki”, które może wskazywać, że żyjemy we Wszechświecie symulowanym. To nie wszystko – jego wnioski prowadzą również do podważenia obowiązującej teorii ewolucji. Mowa o Melvinie Vopsonie, który przyjrzał się mutacjom wirusa SARS-CoV-2 z perspektywy entropii informacyjnej (termin zbliżony znaczeniem do tego, o czym mówi Hazen). Gdy entropia ma tendencję do zwiększania się w czasie, entropia informacji ma tendencję do zmniejszania się, uważa Vopson, co pokrywa się z opisywanymi wyżej hipotezami.

Vopson badał wirusa SARS-CoV-2, który zmutował podczas pandemii COVID-19. Wirus jest regularnie sekwencjonowany w celu śledzenia jego zmian, głównie w celu opracowania nowych szczepionek. Patrząc na RNA, a nie DNA, odkrył, że entropia informacji w kodzie genetycznym zmniejszała się z czasem. Według Vopsona sugeruje to, że mutacje nie są przypadkowe, ale podlegają prawu, które stanowi, że entropia informacji musi pozostać taka sama lub zmniejszać się w czasie. Byłoby to zdumiewające odkrycie, gdyby zostało potwierdzone, obalające przyjmowane przez nas mechanizmy ewolucji. Vopson wskazuje na podobny eksperyment z 1972 roku, w którym zaobserwowano nieoczekiwaną redukcję genomu wirusa w ciągu 74 pokoleń w idealnych warunkach, co sugerowałoby zgodność z jego drugim prawem infodynamiki. „Ogólnoświatowy konsensus jest taki, że mutacje zachodzą losowo, a następnie dobór naturalny decyduje o tym, czy mutacja jest dobra, czy zła dla organizmu”, wyjaśnił. „Ale co, jeśli istnieje ukryty proces, który napędza te  mutacje? Za każdym razem, gdy widzimy coś, czego nie rozumiemy, opisujemy to jako ‘losowe’, ‘chaotyczne’ lub ‘paranormalne’, ale to tylko nasza niezdolność do wyjaśnienia”. „Ponieważ, drugie prawo infodynamiki jest kosmologiczną koniecznością i wydaje się obowiązywać wszędzie w ten sam sposób, można wywnioskować, że wskazuje to, iż cały Wszechświat wydaje się symulowanym konstruktem lub gigantycznym komputerem”, pisze Vopson w magazynie „The Conversation. „Bardzo złożony wszechświat, taki jak nasz, gdyby był symulacją, wymagałby wbudowanej optymalizacji i  kompresji danych w celu zmniejszenia mocy obliczeniowej i wymagań dotyczących przechowywania danych w celu uruchomienia symulacji. Dokładnie to obserwujemy wokół nas, w tym w danych cyfrowych, systemach biologicznych, symetriach matematycznych i całym Wszechświecie”. Nie oznacza to, że potwierdzenie „drugiego prawa infodynamiki” udowodniłoby, że żyjemy w symulacji. Teoria może być poprawna bez tego. Według Vopsona, jeśli ta teoria jest prawdziwa, cząstki elementarne prawdopodobnie przenosiłyby informacje o sobie.

Naukowcy postanowili zastosować myślenie o entropii do połączeń w naszych mózgach i zbadać, czy wykazują one jakieś wzorce w sposobie, w jaki decydują się uporządkować, gdy jesteśmy świadomi. W tym celu już osiem lat temu zespół z uniwersytetów w Toronto i Paryskiego im. Kartezjusza wykorzystał rodzaj teorii prawdopodobieństwa zwanej mechaniką statystyczną do modelowania sieci neuronów w mózgach dziewięciu osób – w tym siedmiu cierpiących na epilepsję. W szczególności przyglądali się synchronizacji neuronów, czy neurony oscylują w fazie ze sobą, co oznaczałoby, że komórki mózgowe są ze sobą połączone, czy nie. Zaobserwowali, że mózgi uczestników eksperymentów wykazywały wyższą entropię, gdy były w pełni świadome. Doprowadziło to badaczy do wniosku, że świadomość może być po prostu „wyłaniającą się właściwością” systemu, który stara się zmaksymalizować wymianę informacji.

Zagadki ciał stałych ciekłych i gazowych

Potocznie znamy trzy podstawowe stany skupienia materii: stały, ciekły i gazowy. Kiedy jeden z nich zmienia się w inny, na przykład ciało stałe topi się w ciecz lub ciecz paruje w gaz, jest to nazywane przejściem fazowym. Materia w rzeczywistości jest jednak znacznie bardziej złożona. Atomy mogą na przykład stać się tak gorące, że ich ładunki rozpadają się, tworząc plazmę. Po schłodzeniu niektóre klasy cząstek mogą całkowicie utracić swoją tożsamość, zlewając się w kwantową pianę. Amorficzne ciała stałe, takie jak szkło są dziwnymi mieszankami dobrze uporządkowanych ciał stałych i luźno związanych cieczy.

Według Dimitriosa Fraggedakisa, Muhammada Hasyima i Kranthi Mandadapu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, na granicy temperatur przechłodzonych cieczy i ciał stałych występuje stan, w którym statyczne cząstki pozostają w stanie wzbudzonym, „drgając” w miejscu. Wykorzystali obliczenia i symulacje, w połączeniu z wynikami wcześniejszych eksperymentów, dochodząc do wniosku, że to przejście może nie dzieje się w sposób prosty. Występuje w nim aktywność cząstek znajdujących się pomiędzy ich normalnymi stanami ciekłymi i przechłodzonymi. Chociaż ogólny przepływ atomów w przechłodzonej cieczy jest w rzeczywistości zerowy, cząsteczki nieustannie zmieniają swoje konfiguracje, gdy tkwią w miejscu, powodując ruchy zwane wzbudzeniami. Naukowcy odkryli, że związane pary wzbudzeń rozłączają się w temperaturze początkowej, powodując, że materiał traci swoją sztywność i zachowuje się jak normalna ciecz.

Zespół Sebastiana Lotha z uniwersytetu w Stuttgarcie odkrył i opublikował w lipcu 2024 r. metodę obserwowania zachowania materiału drobnych zmian atomowych. Badali związek niobu i selenu, aby obserwować zbiorowy ruch elektronów. Stosując jednopikosekundowy impuls elektryczny, naukowcy zakłócali tę falę, tworząc nanometrowe zniekształcenia w fali elektronów, „Jeśli uda nam się zrozumieć, w jaki sposób zatrzymywany jest ruch zbiorowy elektronów, możemy również opracować materiały o pożądanych właściwościach w bardziej ukierunkowany sposób”, twierdzi Loth. Otwiera to nowe możliwości badań nad technologiami kwantowymi i materiałoznawstwem.

Fizycy z uniwersytetów Emory i Stanforda w USA zidentyfikowali w 2023 r. i opisali na łamach „Physical Review Letters”, dziwną nową formę nadprzewodnictwa oscylacyjnego. Typowe zachowania nadprzewodników przewidują połączenia elektronowe zwane parami Coopera poruszające się w materiałach bez utraty znacznych ilości energii w postaci ciepła. Pary Coopera w nadprzewodnictwie oscylacyjnym poruszają się w swego rodzaju falowym tańcu. Oscylacje, choć rzadsze niż w przypadku „normalnego” nadprzewodnictwa, występują w stosunkowo wyższych temperaturach, niż to zachodzi w znanych nadprzewodnikach. Wyniki badań sugerują, że w niektórych scenariuszach te specyficzne struktury mogą prowadzić do oscylującego nadprzewodnictwa, potencjalnie dając nam nowe sposoby zarządzania nim lub jego inicjowania.

W marcu 2024 roku naukowcy z holenderskiego instytutu AMOLF, we współpracy z partnerami z Niemiec, Szwajcarii i  Austrii, stworzyli nowy rodzaj metamateriału, przez który fale dźwiękowe przepływają w niespotykany dotąd sposób. Opisany w „Nature” metamateriał jest pierwszym przykładem tak zwanego bozonowego łańcucha Kitajewa, który uzyskuje swoje szczególne właściwości dzięki swojej topologicznej naturze. „Łańcuch Kitajewa” to teoretyczny model opisujący fizykę elektronów w materiale nadprzewodzącym, w szczególności w nanodrutach. Według niego na końcówkach nanodrutów powstają tzw. zerowe mody Majorany, budzące z kolei duże zainteresowanie ze względu na możliwość ich wykorzystania w komputerach kwantowych. Bozonowy łańcuch Kitajewa działa zatem jak unikalny rodzaj wzmacniacza kierunkowego, który może mieć interesujące zastosowania do manipulacji sygnałami, w szczególności w technologii kwantowej.

A co ze „stolicą” europejskiej i światowej fizyki, czyli CERN w Genewie? Od kilku lat jakby ciszej wokół prowadzonych tam badań. Czy to oznacza, że zapanował zastój i nic nowego się tam nie odkrywa? Nie można tak powiedzieć. Chociaż nie ma spektakularnych przełomów, z  tamtejszych labora-toriów płynie wciąż struga doniesień o nowych od-kryciach. Na przykład kilka miesięcy temu fizykom z CERN udało się zademonstrować splątanie kwantowe w kwarkach górnych i ich odpowiednikach z antymaterii. Badania, prowadzone przez Reginę Deminę z uniwersytetu w Rochester, rozszerzają zjawisko znane jako „upiorne działanie na odległość” na najcięższe cząstki rozpoznawane przez fizyków. Kwarki górne są najmasywniejszymi cząstkami elementarnymi, jakie zaobserwowano. Masa tych wyjątkowych cząstek wynika z ich sprzężenia z bozonem Higgsa. Według Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych, sprzężenie to jest największym, jakie występuje wskali oddziaływań słabych i tych powyżej. W przeszłości splątanie kwantowe obserwowano w stabilnych cząstkach, w tym elektronach i fotonach. Wyniki badań Deminy mogą pomóc rzucić nieco światła na to, jak długo utrzymuje się splątanie, a także czy można je rozszerzyć na cząstki „potomne” lub produkty rozpadu. Badania mogą również pomóc w ustaleniu, czy splątanie między cząstkami może zostać przerwane.

Zatem fizyka, może nie w szaleńczym tempie, ale uparcie posuwa się do przodu, poszerzając zasób wiedzy lub pomniejszając obszar niewiedzy. Niektórym brakuje rewolucyjnych odkryć i to też trzeba zrozumieć. 

Mirosław Usidus