Et eksperiment har bekræftet, at spinons, partikel-lignende magnetiske excitationer, kan begrænses i et magnetisk isolator på samme måde elementære kvarkerne er begrænset i de enkelte protoner og neutroner. Konstateringen, på et godt beskrevet magnetisk system, tilbyder kan nye måder at udforske kvantekromodynamik, den teori, der beskriver de grundlæggende vekselvirkninger af kvarker.
Observationerne af spinon indespærring blev foretaget i Videnskab og Teknologi faciliteter råd Rutherford Appleton Laboratory i Det Forenede Kongerige af et internationalt hold af fysikere. Holdet indså lykketræf, at en teori udviklet 12 år tidligere ved teoretisk fysiker Alexei Tsevelik, nu på det amerikanske energiministeriums Brookhaven National Laboratory , og samarbejdspartnere forudsiges nøjagtigt de nyeste resultater. Sammen forskerne beskriver teorien og deres nye observationer i november 29 udgaven af Nature Physics.
"Begrebet indeslutning er et af de centrale ideer i moderne fysik, som er kernen i teorien om nukleare kræfter," Tsvelik sagt. "I visse systemer, når konstituerende partikler er bundet sammen af et samspil hvis styrke stiger med stigende partikel separation, kan de enkelte partikler ikke eksisterer i en fri stat, og derfor kan observeres kun indirekte."
Det mest berømte eksempel på indespærring er af kvarker, der holdes sammen i protoner og neutroner, for eksempel ved den stærke kraft, en kraft, der vokser stærkere med stigende afstand.
"Det har været interessant for os, at en lignende situation med indespærring kan modelleres i faststoffysik systemer," Tsvelik sagt. "I stedet for kvarker være begrænset i protoner og neutroner, har vi andre kvante-enheder, der fungerer ligesom partikler - elementære excitationer af magnetiske systemer kaldes spinons."
I tilfældet med den nuværende eksperiment, eksisterer den spinons om parallelle kæder af kobber-oxid adskilt af inert calcium. Spinons om de enkelte kæder er ikke begrænset, men så snart to kæder samles til at danne stigen-lignende arrangementer, inter-stigen interaktioner begrænse spinons.
"Det er, kan spinons vises nu kun i par og kan ikke flyve væk fra hinanden for langt," Tsvelik sagt. "Resultatet af denne indespærring er en partikel, vi kalder en Magnon. Det er som to kvarker parring op til at danne en meson."
Den originale teori papir udgivet af Tsvelik og samarbejdspartnere for 12 år siden beskrev den magnetiske excitation spektrum af et sådant system i detaljer. Holdet udfører eksperimenter ved Rutherford observeret en signatur, der passer til denne beskrivelse.
"Nu da vi har et eksempel på fødslen i en fortættet sag system, vores næste skridt er at kontrollere yderligere forudsigelser af teorien til at sørge for der er ingen ubehagelige overraskelser," Tsvelik sagt. Forskerne vil også måle svarene i andre forbindelser, for at se, om de observerer lignende virkninger.