Mokslininkai įrodė gebėjimą išmatuoti keturių dimensijų fizinių reiškinių poveikį eksperimentams trimačiame pasaulyje. Naujas darbas remiasi atradimais, kuriuos 2016 m. Skyrė Nobelio fizikos premija, ir gali tapti pagrindu iš esmės naujiems metodams suprasti kvantinę mechaniką, taip pat kurti kvantinės traukos teoriją. Europos komandos straipsnis buvo paskelbtas žurnale „Nature“.
Atrodo, kad mus supantis pasaulis turi tris dimensijas. Tačiau daugelyje fizinių teorijų situacijos nagrinėjamos su daugybe dimensijų: bendrojo reliatyvumo požiūriu jų yra keturios (trys erdvinės ir viena laikinė, sujungtos į vieną kontinuumą), o superstygų teorijoje atsižvelgiama tik į 10 erdvinių nepriklausomų krypčių. Naujasis fizikų darbas parodo galimybę stebėti keturių dimensijų procesų įtaką trimačiams eksperimentams, kuriuos galima vaizdžiai palyginti su dviejų matmenų šešėlio liejimu trimačiais objektais.
Fizikai tiria ultramaltų atomų sistemą dvimatėje optinėje lazerio spindulių gaudyklėje, kuri sukuria supergrotelę - dviejų skirtingų periodų potencialų superpoziciją. Šioje konstrukcijoje atsiranda naujo tipo kvantinis Hall efektas, kuris numatomas keturių dimensijų sistemoms. Įprastas Hall efektas atsiranda, kai įkrautos dalelės juda plokštumoje esant magnetiniam laukui. Laukas daleles veikia Lorentzo jėga, kuri nukreipia jas statmena judesiui kryptimi. Dėl to atsiranda skersinis (palyginti su pradine judėjimo kryptimi) potencialų skirtumas, vadinamas Hall įtampa. 1980 m. Klausas von Klitzingas parodėkad esant labai žemai temperatūrai ir dideliems magnetiniams laukams ši įtampa gali įgauti tik tam tikras reikšmes - šis atradimas vadinamas sveikojo skaičiaus kvantiniu Hall efektu.
Vėliau paaiškėjo, kad būtina kvantinio Hall efekto atsiradimo sąlyga yra būtent sistemos dvimatis, o jos specifinės fizinės savybės nėra tokios svarbios. Taip yra dėl kvantinės mechaninės bangos funkcijos topologijos. Taip pat galima įrodyti, kad tokio efekto neįmanoma atlikti trimačiuose kūnuose, nes kryptis, statmena greičiui, nėra vienareikšmiškai nustatyta.
Vėlesni tyrimai parodė, kad atliekant keturis matavimus, turėtų egzistuoti panašus poveikis, kuriam buvo numatyta daugybė iš esmės naujų savybių, pavyzdžiui, netiesinė Hall srovė. Ilgą laiką tai išliko teoriniu modeliu be galimybės patikrinti eksperimente. Vis dėlto 2013 m. Ši idėja tik dabar buvo įgyvendinta specialioje dvimatėje optinėje supergrotelėje. Joje skirtingo bangos ilgio pluoštai buvo nukreipti išilgai vienos krypties šiek tiek skirtingais kampais, o išilgai kito optinio potencialo forma buvo dinamiškai pakeista perkėlus papildomo lazerio bangos ilgį.
Todėl atomai tokiose gaudyklėse daugiausia juda kintamo potencialo kryptimi ir kvantiniu būdu - tai atitinka dvimatio Hall efekto vienmatį modelį. Tačiau tuo pačiu metu fizikai atrado laipsnišką poslinkį skersine kryptimi, nors palei jį potencialas išliko pastovus viso eksperimento metu. Šis judesys atitinka netiesinį 4D Hall efektą. Tikslūs matavimai patvirtino atomų judėjimo šia kryptimi kvantinį pobūdį, kuris parodo pirmo demonstruoto keturių dimensijų reiškinio kvantinį pobūdį.