Странная физика квазикристаллов

Физики обнаружили, что четырехмерные структуры могут влиять на механические и топологические свойства квазипериодических кристаллов.

Это открытие подтверждает, что квазикристаллы формируются скрытой физикой высших измерений, а не просто случайными узорами. Исследование было опубликовано в журнале Science, пишет Interesting Engineering.

Квазипериодический кристалл или квазикристалл — это твердый материал с упорядоченной структурой, которая никогда не повторяется в точности, как это происходит в обычных кристаллах, но следует определенным математическим правилам.

Квазикристаллы были впервые обнаружены в 1982 году физиком Дэном Шехтманом. Он предположил, что квазикристаллы также имеют повторяющуюся, или периодическую, структуру, но не в том трехмерном пространстве, где мы ее видим.

Вместо этого истинная периодическая структура квазикристаллов существует в более высокоразмерном пространстве, например в четырехмерном или более широком. Теперь физики получили новое представление об этом четырехмерном аспекте квазикристаллов.

Ученые подвергли квазикристалл воздействию электромагнитных волн, а затем изучили изменения в его топологии с помощью сканирующей оптической микроскопии ближнего поля и двухфотонной фотоэмиссионной электронной микроскопии.

Когда физики использовали эти методы для изучения интерференционных картин электромагнитных волн на поверхности квазикристалла, то по тому, как эти волны двигались и интерферировали друг с другом, можно было обнаружить скрытые отпечатки четвертого измерения в структуре квазикристалла.

Сначала узоры выглядели по-разному, но, что удивительно, их топологические свойства в 2D были идентичны до такой степени, что они были неотличимы друг от друга. Единственным способом отличить их друг от друга было рассмотреть квазикристалл в четырех измерениях.

Физики обнаружили топологические закономерности в четырех измерениях, которые управляют топологией реального пространства двумерных квазикристаллов и раскрывают их внутренние законы сохранения.

Одна из их моделей структуры квазикристаллов, объясняющая их свойства, предполагает, что квазикристаллы можно понимать как проекции более высокоразмерных периодических структур в трехмерное пространство. Так что, по сути, концепции четырехмерных кристаллов могут объяснить некоторые из их свойств.

Авторы исследования обнаружили нечто, что перекликается с существующей моделью. Физики заметили, что две поверхностные волны появляются по-разному и становятся одинаковыми за период в аттосекунды, или миллиардные доли миллиардной доли секунды.

Это открытие намекает на то, что на характер поверхностных волн в трехмерных квазикристаллах влияют скрытые четырехмерные периодические структуры.

Это открытие открывает новые горизонты для понимания фундаментальных законов физики и может привести к разработке новых материалов с уникальными свойствами. Понимание роли высших измерений в формировании материи может позволить создавать материалы с программируемыми топологическими свойствами, что найдет применение в электронике, фотонике и других областях.

Более того, это исследование поднимает философские вопросы о природе реальности и нашем месте в ней. Если узоры, которые мы видим в природе, являются лишь проекциями чего-то большего, то какие еще скрытые измерения влияют на наш мир?

Исследование квазикристаллов в контексте высших измерений является лишь началом долгого и увлекательного пути. Будущие исследования могут быть направлены на изучение влияния еще более высоких измерений на свойства материи и на поиск новых материалов с необычными свойствами, основанных на этих принципах.