Une expérience a confirmé que spinons, des particules ressemblant à des excitations magnétiques, peuvent être confinés dans un isolant magnétique similaire à la façon quarks élémentaires sont confinés dans les protons et les neutrons individuels. La découverte, dans un système bien décrit magnétiques, peuvent offrir de nouvelles façons d'explorer la chromodynamique quantique, la théorie qui décrit les interactions fondamentales de quarks.
Les observations de confinement spinon ont été faites à la science et la technologie des installations Conseils Rutherford Appleton Laboratory au Royaume-Uni par une équipe internationale de physiciens. L'équipe a réalisé un heureux hasard que la théorie développée 12 ans plus tôt par le physicien théoricien Alexei Tsevelik, maintenant au Département américain du Laboratoire national de Brookhaven Energy , et ses collaborateurs prédit avec précision les conclusions actuelles. Ensemble, les scientifiques décrivent la théorie et de leurs nouvelles observations dans l'émission 29 Novembre de Nature Physics.
«Le concept de confinement est l'une des idées centrales de la physique moderne, étant au cœur de la théorie des forces nucléaires», a déclaré Tsvelik. «Dans certains systèmes, lorsque les particules constitutives sont liés ensemble par une interaction dont la force augmente avec la séparation des particules augmente, les particules individuelles ne peuvent pas exister dans un État libre et ne peut donc être observé que de manière indirecte."
L'exemple le plus célèbre de l'accouchement est de quarks qui sont maintenus ensemble dans les protons et les neutrons, par exemple, par la force forte, une force qui pousse plus fort que la distance augmente.
"Il a été intéressant pour nous d'une situation semblable de confinement peuvent être modélisées dans les systèmes de la matière condensée», a déclaré Tsvelik. «Plutôt que de quarks étant confinés dans les protons et les neutrons, nous avons d'autres entités quantiques qui agissent comme des particules - excitations élémentaires des systèmes magnétiques appelés spinons."
Dans le cas de l'expérience actuelle, le spinons existent sur les chaînes parallèles d'oxyde de cuivre séparées par du calcium inerte. Spinons sur les chaînes individuelles ne sont pas confinés, mais dès que deux chaînes sont regroupées pour former en échelle comme les arrangements, les interactions inter-échelle de confiner le spinons.
»Autrement dit, le spinons peuvent apparaître aujourd'hui que dans les paires et ne peut pas voler loin de l'autre trop loin", a déclaré Tsvelik. "Le résultat de ce confinement est une particule que nous appelons un magnon. C'est comme deux quarks appariement pour former un méson."
Le document original publié par la théorie Tsvelik et collaborateurs il ya 12 ans a décrit le spectre d'excitation magnétique d'un tel système dans le détail. L'équipe qui a réalisé les expériences à Rutherford a observé une signature qui correspondent à cette description.
"Maintenant que nous avons un exemple d'enfermement dans un système de matière condensée, notre prochaine étape est de vérifier les prédictions de la théorie encore pour s'assurer qu'il n'y a pas de mauvaises surprises", a déclaré Tsvelik. Les scientifiques vont également mesurer les réponses dans d'autres composés pour voir s'ils observent des effets similaires.