У речовини може бути не 3, а 500 агрегатних станів

Традиційно агрегатні стани речовини розглядаються в рамках їх симетрії. Уявіть, що ми зменшилися до розмірів атомів і пливемо в товщі води. Цей стан з високою симетрією, і куди б ми не дивилися - вгору, вперед або вліво - картина буде одна і та ж. Але якщо вода замерзне, то ми, рухаючись в льоду, будемо бачити певні структури: організовані в ланцюжки і плоскі фігури атоми. У різних напрямках ми побачимо різне: лід - стан з меншою симетрією.

Такий погляд на агрегатні стану був запропонований радянським фізиком Львом Ландау і став потужним інструментом, що дозволяє систематично підійти до пошуку поки невідомих можливих станів речовини. Не дивно, що довгі роки вважалося, ніби всі вони можуть бути знайдені за допомогою концепції Ландау, а поза відносин симетрії агрегатних станів не може існувати.

Згодом були виявлені нові стану - плазма, вироджена матерія, бозе-ейнштейнівської конденсат і так далі. Однак в останні десятиліття відкриті такі з них, які в цю парадигму не вкладаються. Наприклад, в 1980-х Сяоган Вень з колегами виявили квантові системи, здатні існувати в різних станах з рівною симетрією. Вчені показали, що ці стани розрізняються не симетрією, а топологічним порядком.

Це квантова характеристика, яка пов'язана не з симетрією стану, а з властивостями його хвильової функції. Вона ніяк не пов'язана з концепцією Ландау, побудованої в рамках класичної фізики. Вона підходить для опису квантових станів речовини і переходів між ними.

Вона описує не симетрію стану, а виникаючі при ньому в системі мережі квантово поплутаних часток (це унікальне явище мікросвіту, що дозволяє зв'язати дві або більше часток один з одним, так що зміна властивостей однієї частки моментально позначається на властивостях всіх інших). Мережі цих взаємодій не можна описати формулами симетрії - тут знадобиться топологія.

Цей новий погляд на можливі агрегатні стани речовини виявився більш універсальний, ніж класичний, і дозволив описати більше варіантів. Однак до сих пір залишалися деякі стану, ніяк топологічними порядку не описані. Ці рідкісні стани можуть дуже знадобитися для надпровідників і ізоляторів майбутніх квантових комп'ютерів, і розібратися з ними варто було.

Робота ця зайняла не один рік - і лише в кінці 2012-го Вень і його команда запропонували уточнення своєї моделі, яке охопило вже їхні капітали без винятків.

джерело: www.popmech.ru