Skupina fizikov iz Ljubljane je razrešila štiridesetletno fizikalno »uganko«, ki sega na področja kristalov, magnetizma in kvantnih pojavov. Ugotovili so, da magnetna stanja v kristalu, ki so sicer povsem neurejena (pravzaprav kaotična, kot je kaotično gibanje molekul v plinskem agregatnem stanju), ob ohlajanju postanejo urejena na takšen način, da lahko novi magnetni sistem primerjamo s stanjem snovi v tekočinah. Pojav se imenuje kvantna spinska tekočina (quantum spin liquid), pojavlja pa se tudi pri relativno visokih temperaturah, precej višjih od absolutne ničle, ki je sicer referenčna temperatura pri tovrstnih pojavih.
Sodelavci treh odsekov Inštituta Jožefa Stefana – Fizika trdne snovi, Kompleksne snovi in Teoretična fizika – ter ljubljanske fakultete za matematiko in fiziko so to novo stanje snovi odkrili po približno letu dni raziskovanj. Rezultate so 31. julija objavili v znanstveni reviji Nature Physics, ki je ena najbolj priznanih tovrstnih revij na svetu. Gre za odkritje fenomena, ki ga je pred več kot štiridesetimi leti teoretično napovedal Nobelov nagrajenec, ameriški profesor Philip Warren Anderson. Odtlej so si znanstveniki z vsega sveta prizadevali, da bi teoretično napoved potrdili v praksi.
Do odkritja – po kosilu v menzi
»Na objavo smo ponosni, saj je plod neodvisnega slovenskega znanja, prizadevanj kolegov z Inštituta Jožefa Stefana in fakultete za matematiko in fiziko, ki smo se za sodelovanje dogovorili tako rekoč v domači menzi, ob enem od skupnih kosil,« se nasmeje eden od vodij projekta, profesor Denis Arčon. »Če stopimo skupaj, smo očitno sposobni velikih dosežkov.« Arčon poudarja, da jim je objava v Nature Physics uspela kljub temu, da slovenska država znanosti namenja izrazito premalo denarja, zaradi česar znanstvena skupnost upravičeno protestira. Dosežek, kot je ta, bi moral biti opomnik politiki, da vlaganje v znanost daje rezultate.
V interdisciplinarnem projektu so se lotili raziskovanja zelo slabo raziskanega, skoraj »skrivnostnega« stanja snovi, a povsem v prazno niso raziskovali, pravi Arčon. Osnovno idejo o spinski tekočini je leta 1973 teoretično zasejal prav Nobelovec Anderson, ko je raziskoval nenavadne magnetne lastnosti plastovitih kristalov TaS2. Eksperimentalni fiziki so v praksi iskali dokaze za to teorijo ali proti njej, pravi Arčon.
»Kljub temu pa moram priznati, da o praktičnih posledicah našega raziskovanja – kako naj bi bilo odkritje koristno za svet – še nismo veliko razmišljali,« se nasmeje. V temeljni znanosti je tovrstno raziskovanje koristno samo po sebi, saj razkriva nove dimenzije sveta, ki se šele naknadno, morda čez sto let, izkažejo za prebojne. Tako denimo prve raziskave na področju elektrike – spomnimo se Galvanijevih poskusov z žabjimi kraki – niso mogle predvideti, da bodo nekoč svet napolnili računalniki, baterije in električni avtomobili.
Prihodnost je v kvantnih računalnikih
Tekma za odkritje pa je bila huda, priznava Arčon. Skoraj sočasno je namreč podobne raziskave opravljala in rezultate objavila tudi ekipa znanstvenikov, zbrana okoli znanega profesorja Patricka Leeja s tehnološkega inštituta v Massachusettsu v ZDA. Obenem so izvedeli, da se z enakimi raziskavami ukvarjajo tudi še nekatere druge skupine znanstvenikov »z uglednih ameriških univerz, ki so očitno razmišljale zelo podobno kot mi«, pravi Arčon. Do objav v znanstvenih revijah sicer te skupine še niso prišle.
Pri raziskovanju magnetnih pojavov so ljubljanski znanstveniki naleteli na kvantne fenomene, ki so – kot poudarjajo – zaznavni na makroskopski ravni. Pojavi kvantne fizike, kot je denimo sposobnost snovi, da hkrati zavzema dve izključujoči se stanji, ali pa »kvantna prepletenost« delcev, sicer primarno deluje na ravni osnovnih delcev. Arčonovi ekipi pa je kvantno prepletenost – povezanost fizikalnih elementov, ki jih sicer ne povezuje nobena fizična vez ali komunikacija, nad čimer se je čudil že Einstein – uspelo zaznati na razdalji nanometra, kar v temeljni fiziki že velja za veliko, makroskopsko razdaljo. Novi kvantni pojavi bodo, kot napoveduje Arčon, lahko pripomogli k razvoju kvantnih računalnikov. Ti bodo sposobni v zelo kratkem času opraviti nekatere kompleksne matematične operacije, za katere bi sedanji računalniki – ne glede na to, kako veliki in močni so – potrebovali leta in celo desetletja. Zlasti bodo uporabni pri kriptiranju podatkov, denimo pri ustvarjanju zaščitnih računalniških gesel. Kvantna zaščita bo tako močna, da zlikovci ne bodo imeli več niti teoretične možnosti, da bi zaščito predrli.
