Ponobelovsko tarnanje

V torek so bili oznanjeni letošnji nagrajenci Nobelove nagrade za fiziko. Zato se v današnjem Znanstvenem britoffu posvečamo popolnoma drugi temi: Aharonov-Bohmovemu pojavu in njegovi eksotični ne-abelovi inačici.

Skupina znanstvenic in znanstvenikov iz Massachusettskega inštituta za tehnologijo je skupaj s kolegi iz zagrebške univerze oblikovala eksperiment, v katerem so prvič - vsaj kolikor je znano avtorju - opazili interferenčni vzorec kot posledico prisotnosti nenavadnega umeritvenega polja v prostoru.

Umeritveno polje je bilo v 19. stoletju smatrano kot zgolj teoretsko pomagalo za opis denimo elektromagnetnega polja. Veljalo je za nekaj neresničnega. V 50-ih letih pa sta znani komunist David Bohm in njegov tovariš Yakir Aharonov pokazala, da osnovni delci, na primer elektroni, to navidezno polje "čutijo" direktno. Interferenčni vzorec v eksperimentu z dvojno režo se zaradi tega ob prisotnosti magnetnega polja spremeni. Vsebina Aharonov-Bohmovega pojava pa je, da za spremembo faze in posledično interferenčnega vzorca delcema sploh ni treba potovati skozi magnetno polje, le okoli magneta (na sliki).

Dodatna faza je povsem klasičen pojav, ki ga lahko razumemo geometrijsko. Pot okoli niti magnetnega polja je cikličen proces, podoben avanturi v Jules Vernovi predstavi poti okoli sveta. Elektron Phileas Fogg v 80-ih dneh obkroži os svetovne vrtavke in pridobi dodatno fazo, ki ustreza točno enemu dnevu.

Nazaj k novemu eksperimentu: v njem so enak učinek demonstrirali s posebnim umeritvenim poljem, ki ni vektor, ampak matrika. To pomeni, da je vrstni red transformacij, ki jih tako polje povzroči na delcu, pomemben. Takemu polju rečemo ne-abelovo.

Hitra ilustracija pomena vrstnega reda je sledeča. V roko vzamemo svinčnik in ga zavrtimo za četrt kroga okoli navpične osi in nato za četrt kroga okoli vodoravne osi. Če postopek ponovimo, le da zamenjamo vrstni red osi, je svinčnik orientiran drugače.

Demonstracija sinteze ne-abelovega umeritvenega polja v prostoru in detekcija pripadajočega interferenčnega vzorca je dolgo pričakovan rezultat. S podobnimi tehnikami, tako avtorji, so odprta vrata simulacijam danes pomembnih kompleksnih topoloških faz s preprostimi fotonskimi sistemi. Gre tudi za vnovičen opomin o pomembnosti geometrijskih faz, kot jih je prvi imenoval Michael Berry.

Berry sicer ni bil prvi, ki je preučeval te pojave, njegova dognanja pa so bila pomembna za razvoj konceptov v sodobni teoriji kondenzirane snovi in teoriji kvantnega kaosa. Glede tega so mu letos pokimali s častnim predavanjem Lise Meitner na Švedskem kraljevem inštitutu za tehnologijo, še vedno pa čakamo, da to stori še katera druga švedska komisija.