Физики обнаружили хиральные гравитонные моды

Физики из Германии, Китая и США обнаружили в дробных квантовых холловских жидкостях доказательства существования хиральных гравитонных мод. Такие моды в конденсированных средах аналогичны гравитонам. Статья опубликована в Nature.

Существенные достижения в геометрической интерпретации систем конденсированного состояния выдвинули квантово-метрические эффекты на передний план интенсивных исследований, например, изучение аномальных и нелинейных эффектов Холла, а также коллективных возбуждений дробных квантовых состояний Холла. В дробных квантовых состояниях Холла коллективные возбуждения, называемые хиральными гравитонными модами, рассматриваются как кванты флуктуаций внутренней квантовой метрики при описании квантовой геометрии. Ученые интерпретируют такие моды в конденсированных средах как аналоги гравитонов — бозонов со спином два. До сих пор такие моды не поддавались экспериментальному обнаружению.

Группа физиков под руководством Ду Линцзе (Lingjie Du) из Нанкинского университета и ряда других институтов обнаружила хиральные длинноволновые магниторотоны — характеристические возбужденные состояния — со спином два, что может служить доказательством существования хиральных гравитонных мод в дробных квантовых холловских жидкостях. Для этого ученые облучали лазерным пучком с круговой поляризацией образец арсенида галлия (GaAs), помещенный в магнитное поле, и изучали обратное рассеяние фотонов от двумерного электронного газа высокой подвижности (электронной жидкости), заключенного в квантовой яме арсенида галлия.

В результате физики обнаружили, что при коэффициенте заполнения уровней Ландау (v) равным 1/3 щелевая мода, идентифицируемая как длинноволновый магниторотон, возникает при особой схеме поляризации, соответствующей угловому моменту S = −2. При этом она сохраняется на чрезвычайно длинноволновой области. Ученые отмечают, что хиральность моды остается равной −2 при v = 2/5, но становится противоположной при v = 2/3 и 3/5. Эти моды имеют характерные энергии и острые пики с заметной зависимостью от температуры и фактора заполнения. По мнению физиков, это доказывает, что это длинноволновые магниторотоны.

Физики утверждают, что обнаруженные ими длинноволновые магниторотоны оказались хиральными модами со спином два, иначе говоря хиральными гравитонными модами. Сам же гравитон — гипотетический переносчик гравитации — остается неуловим. Впрочем, ученые приближаются к измерениям гравитации на квантовых масштабах.