Ми звикли мати справу з трьома просторовими вимірами, але дві команди вчених із США і Європи, знайшли спосіб вивчити ефект, який чинить на нашу реальність четвертий вимір. Зрозуміло, в експерименті не обійшлося без квантової механіки.
Фізики змогли створити спеціальні двовимірні структури, одну з ультрахолодними атомами, а іншу — з фотонами. В обох випадках вони досягли різного, але взаємодоповнюючого результату, який нагадував квантовий ефект Холла. Ці експерименти можуть чинити великий вплив на фундаментальну науку і можуть навіть мати практичне застосування.
«Фізично, у нас немає 4-вимірного простору, але ми можемо домогтися 4-вимірного квантового ефекту Холла за допомогою низькорозмірної системи, оскільки високорозмірна система закодована в її складній структурі, — каже Макаєл Рехтсман, професор Університету штату Пенсільванія. — Можливо, нам вдасться придумати нову фізику в більш високому вимірі, а потім створити пристрої, що володіють цією перевагою у більш низьких вимірах».
Іншими словами, як тривимірні об’єкти відкидають пласкі тіні, по яких можна здогадатися про форму цих 3D-об’єктів, також і ми можемо, спостерігаючи за деякими реальними фізичними системами, дещо зрозуміти про їх чотиривимірну природу, розглядаючи тіні, які проявляються в більш низьких вимірах.
Завдяки складним обчисленням, за які в 2016 була видана Нобелівська премія, ми тепер знаємо, що квантовий ефект Холла вказує на існування четвертого виміру в просторі. Новітні експерименти, опубліковані в журналі Nature, дають нам приклад ефектів, які цей четвертий вимір може мати.
Одна з команд вчених — європейська — охолодила атоми до температури, близької до абсолютного нуля і розмістила їх у двомірну сітку. Застосувавши квантовий «нагнітальний насос» для порушення спійманих атомів, фізики помітили невеликі варіації в русі, які відповідають проявам квантового ефекту Холла, що вказує на можливість коли-небудь потрапити в цей четвертий вимір.
Американська група також використовувала лазери, але на цей раз для управління світлом, що проходить через скляний блок. Імітуючи ефект електричного поля на заряджених частинках, вчені також змогли спостерігати наслідки чотиривимірного квантового ефекту Холла. За словами вчених, ці два експерименти добре доповнюють один одного.