"סחרור" • מחקר חדש חושף סדר נסתר הנובע מתנועה אקראית של חלקיקים

(חי פה) – מחקר חדש ב‑Nature Materials חושף סדר נסתר הנובע מתנועה אקראית של חלקיקים
תגלית מדעית יוצאת דופן של חוקרי הטכניון ועמיתיהם בסין חושפת תופעה פיזיקלית חדשה: הופעת "סחרור" של פוטונים, או ספין במערכות ננומטריות שאינן מסודרות במרחב ובזמן. המחקר, שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature Materials, מציג לראשונה "סדר נסתר" הנוצר דווקא מתוך תנועה אקראית של חלקיקים בנוזל.

תגלית: אפקט נעילת ספין הנובע מתנועה בראונית

את המחקר הובילו פרופ' ארז חסמן מהפקולטה להנדסת מכונות ומרכז הקוואנטום ע"ש הלן דילר בטכניון, ופרופ' בו וואנג מאוניברסיטת Shanghai Jiao Tong, לשעבר פוסט‑דוקטורנט בקבוצתו של חסמן. החוקרים זיהו תופעה חדשה, "אפקט נעילת הספין כתוצאה מתנועה בראונית", המאפשרת גילוי סדר במערכות שנחשבו עד כה כאוטיות לחלוטין.
במהלך הניסוי הקרינו החוקרים אור לייזר על חלקיקים ננומטריים בנוזל בטמפרטורת החדר. בניגוד להבנה המקובלת, שלפיה פיזור פוטונים מחלקיקים בתנועה אקראית הוא בלתי קוהרנטי, נמצא כי הפוטונים המתפזרים הצידה "ננעלים" על ספין מוגדר. התנועה הבראונית, "הליכת השיכור" של חלקיקים זעירים, היא זו שמייצרת את הסדר הבלתי צפוי.

רקע: ספין ותנועה בראונית

ספין הוא תכונה יסודית של חלקיקים אלמנטריים, המתוארת לעיתים כסוג של "סחרור".
תנועה בראונית, שתוארה לראשונה באופן מדעי על ידי איינשטיין ב‑1905, היא תנועה אקראית של חלקיקים בנוזל או על פניו.
עד היום היה מקובל כי תנועה זו גורמת לפיזור כאוטי של פוטונים, ללא קיטוב וללא סדר. המחקר החדש מערער על הנחה זו ומראה כי בתנאים מסוימים דווקא האקראיות יוצרת מבנה מאורגן.

יישומים: מדידת חלקיקים ופיתוח טכנולוגיות אופטיות

החוקרים מצאו כי נעילת הספין תלויה בגודל החלקיקים ובסוג החומר, ולכן מאפשרת למדוד ולאפיין ננו‑חלקיקים בצורה מדויקת. מעבר לכך, התופעה עשויה להוות בסיס לטכנולוגיות אופטיות חדשות.
לדברי פרופ' חסמן: "הראינו שדווקא המערכות הלא מסודרות ביותר בזמן ובמרחב הן המפתח להיווצרות סדר עמוק. אפקט נעילת הספין הוא תופעה שלא הייתה ידועה, ואנו מאמינים שיישומיו יתרמו משמעותית למדע ולתעשייה."