Impulsy laserowe i wiązki neutronów ujawniły w materiale magnetycznym stan kwantowy, który narusza zwyczajową zasadę równowagi szczegółowej i utrzymuje się przy niskiej energii, zamiast szybko zanikać.
Badacze z Narodowego Laboratorium Oak Ridge (ORNL) Departamentu Energii USA wraz z kolegami przeprowadzili eksperyment na materiale, w którym kwantowe kwazicząstki — magnony — odpowiadają za właściwości magnetyczne. Wykorzystali szybkie impulsy laserowe, aby wyprowadzić układ z równowagi, a następnie zastosowali rozpraszanie neutronowe w źródle Spallation Neutron Source w ORNL do szczegółowego zbadania obrazu mikroskopowego. Wyniki opublikowane w Nature Communications w listopadzie 2026 roku wykazały naruszenie równowagi szczegółowej: w zwykłym stanie energia jest pochłaniana i emitowana symetrycznie, lecz pod wpływem lasera sygnały neutronów stały się asymetryczne, z nadwyżką tylko w jednym kierunku.
Najbardziej zaskakujące jest to, że stan okazał się długożyjący. Nadwyżka magnonów nie zanikała szybko, jak przy krótkotrwałym nagrzewaniu, lecz była podtrzymywana okresowymi impulsami laserowymi, tworząc trwały stan daleki od równowagi. Wyobraźcie sobie strumień cząstek, który zamiast zawracać, nadal porusza się w jednym kierunku, niczym jednokierunkowa ulica, gdzie ruch nie jest równoważony przez strumień przeciwny.
Zespół pod kierownictwem Chengyun Hua, w tym Barry Winn i Alan Tennant, spędził lata na opracowaniu specjalnej infrastruktury do takich pomiarów. Wcześniej nikt nie badał naruszenia równowagi szczegółowej bezpośrednio w ośrodku skondensowanym, a eksperyment potwierdził teoretyczne przewidywania w praktyce.
To odkrycie tworzy platformę do badania układów kwantowych dalekich od równowagi w czasie rzeczywistym. Pomaga zrozumieć, jak sterować materiałami magnetycznymi na potrzeby technologii kwantowych, zmniejszając straty informacji przy przesyłaniu i ulepszając urządzenia pamięci. Metoda wyznacza także nowy standard dla rozpraszania neutronowego przy aktywnym oddziaływaniu na materiał.
Wyniki opublikowane w Nature Communications dają eksperymentalną podstawę dla przyszłych badań materiałów kwantowych i ich zastosowań w technologiach informacyjnych.
