Kathrine Frich
Människans förståelse av universum har alltid utvecklats i takt med nya upptäckter.
En gång trodde man att jorden var platt, och senare att vår planet stod i centrum för hela skapelsen.
Båda föreställningarna ersattes så småningom av djupare kunskap och påminner oss om att även våra mest självsäkra antaganden kan omkullkastas.
En ny studie av fysiker i USA och Japan antyder att vi nu kan stå inför ännu ett ögonblick av vetenskaplig omprövning – denna gång på kvantnivå.
Oväntat beteende
Forskare vid University of Michigan rapporterar att de har observerat kvantoszillationer i ett material som enligt etablerad teori borde vara en isolator.
Arbetet, som stöds av US National Science Foundation och energidepartementet, visar att dessa oszillationer uppstår i materialets inre och inte på dess yta.
Resultaten, publicerade i Physical Review Letters, utmanar antagandet att endast metaller eller särskilda ytillstånd kan uppvisa ett sådant beteende.
Lu Li, projektets huvudforskare, medgav att upptäckten är ovanlig. Han sade att resultatet inte omedelbart pekar mot något tekniskt genombrott, men att det avslöjar ett fenomen som forskningen ännu inte kan förklara.
Jakten på förklaringen
Kvantoszillationer i metaller uppstår därför att elektroner reagerar som små vibrerande fjädrar när de utsätts för magnetfält.
För isolatorer, som varken ska leda elektricitet eller värme, borde samma effekt vara omöjlig.
Men under de senaste åren har experiment gång på gång visat dessa oszillationer i vissa ovanliga isolerande föreningar, vilket har lett till debatter om signalerna kommer från ytan eller djupt inifrån.
För att testa detta använde teamet världens kraftigaste magneter vid National High Magnetic Field Laboratory.
Mätningarna visade att oszillationerna faktiskt uppstår genom hela materialet. Li sade att forskarna nu står med tydliga bevis men inga klara svar.
Globalt samarbete
Projektet involverade forskare från flera institutioner i USA och Japan.
Forskaren Kuan-Wen Chen sade att gruppen försökt avgöra om oszillationerna är inneboende eller orsakade av yttre effekter. Deras data bekräftade att signalerna uppstår naturligt i materialets inre.
Föreningen som studerades, ytterbiumborid (YbB12), utsattes för magnetfält på upp till 35 Tesla – långt bortom vad vanliga laboratorier når.
En ny typ av dualitet
Li beskrev arbetet som del av en ”ny dualitet” inom fysiken, där vissa material uppträder som både isolatorer och metaller beroende på miljö.
Denna idé påminner om en tidigare vetenskaplig omställning, då materia visade sig vara både våg och partikel.
Här är materialet isolerande under normala förhållanden, men blir metalliskt när det utsätts för extrema magnetfält.
Doktoranden Yuan Zhu sade att nästa steg är att identifiera de neutrala partiklar som orsakar oszillationerna. Teamet hoppas att resultaten inspirerar till mer forskning, både experimentell och teoretisk.
Källor: University of Michigan; Physical Review Letters; Science Daily
