Form uden byggesten

I Falsificeret udfordrer vi hver uge vedtagne sandheder, afliver forældet viden og ser på fusk og fejl i forskningens verden.

Det, vi troede, vi vidste

I kvantefysikkens verden møder vi den velkendte dualitet, hvor elektroner kan opføre sig både som bølger og som partikler, afhængigt af hvordan vi undersøger dem. I praksis har fysikerne lært at håndtere paradokset, og i faste stoffer har de beskrevet elektroner som kvasipartikler: ikke helt klassiske partikler, men stabile nok til at fungere som teoriens byggesten.

Også de såkaldt topologiske materialer passede ind i dette billede. Her betyder »topologisk«, at nogle egenskaber bestemmes af den overordnede struktur snarere end af små detaljer. Dermed bliver en kaffekop identisk med en doughnut, fordi begge har ét hul.

I topologiske materialer giver det en robusthed, hvor elektronernes bevægelser ikke så let forstyrres af fejl og urenheder. Men også her var det en forudsætning, at elektronerne kunne beskrives som kvasipartikler. Ingen partikler, ingen topologi.

Det, vi ved nu

Denne sammenhæng er nu blevet udfordret af fysikere ved Det Tekniske Universitet i Wien, der har undersøgt et materiale bestående af cerium, ruthenium og tin ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt. Her dominerer kvantemekaniske effekter, og elektronerne kan ikke længere beskrives som individuelle enheder, men kun som stærkt sammenfiltrede grupper.

Det overraskende er, at der netop under disse betingelser alligevel opstår topologisk orden i materialet med strukturer, som normalt forbindes med topologiske tilstande.

Dermed har forskerne vist, at topologi ikke kræver partikler, for orden kan eksistere, selv når den sædvanlige partikelbeskrivelse bryder sammen.

Men …

Vi skal ikke afskrive faststoffysikken, for resultatet gælder for særlige materialer under ekstreme forhold, og kvasipartikler fungerer fortsat i langt de fleste sammenhænge. Men antagelsen om, at topologisk orden kræver veldefinerede partikler, holder ikke længere. Formen er åbenbart mere robust end de byggesten, der bærer den.

Nature Physics, 14. januar