统治宇宙的一个关键数字在一种奇怪的量子材料中变得很大。
物理学家在 9 月 10 日计算出，一种称为量子自旋冰的材料的精细结构常数约为正常值的 10 倍。物理评论快报。新的计算表明，量子自旋冰可以让我们了解另一个宇宙中的物理现象，那里的常数要大得多。
精细结构常数的影响渗透到物理和化学中，它决定了带电粒子之间相互作用的强度。它的值约为 1/137，令物理学家感到震惊，因为他们无法解释为什么它具有该值，尽管它对于作为生命基础的复杂化学是必要的（序列号：2016 年 11 月 2 日）。
波士顿大学理论物理学家克里斯托弗·劳曼 (Christopher Laumann) 表示，如果整个宇宙的精细结构常数与量子自旋冰中的精细结构常数一样大，“元素周期表中将只有 10 个元素”。“而且可能很难培养人；化学就不够丰富。”
量子自旋冰是一类粒子不能一致的物质。这些材料由具有自旋的粒子组成，这是角动量的量子版本，这使得它们具有磁性。在普通材料中，粒子会在低于一定温度时达到一致，磁极沿相同方向或交替方向排列。但在量子自旋冰中，粒子的排列方式使得磁极或自旋即使在绝对零的温度下也无法一致（序列号：2011 年 2 月 13 日）。
僵局的发生是由于材料的几何形状：粒子位于在角部相连的金字塔阵列的角部。多组邻居之间的冲突意味着这些粒子最接近和谐的方式是自行排列，使每个金字塔有两个自旋面朝外，两个自旋面朝内。
这种不稳定的休战可能会引起扰动，其行为类似于材料内的粒子或准粒子（序列号：2014 年 10 月 3 日）。翻转粒子的旋转，你可以得到所谓的自旋子，准粒子可以穿过材料并与其他自旋子相互作用，其方式类似于材料外部世界中发现的电子和其他带电粒子。该材料重新创建了量子电动力学理论，这是粒子物理学的标准模型，它阐明了带电粒子如何发挥作用。但具体细节，包括精细结构常数，并不一定与更广阔的宇宙中的相符。
因此，劳曼和同事首次开始计算量子自旋冰的精细结构常数。该团队将这个数字固定在 1/10 左右，而不是 1/137。更重要的是，研究人员发现他们可以通过调整理论材料的特性来改变精细结构常数的值。这可以帮助科学家研究改变精细结构常数的影响——这种测试在我们自己的宇宙中是遥不可及的，因为精细结构常数是固定的。
不幸的是，科学家们还没有找到一种明确符合量子自旋冰资格的材料。但一个被广泛研究的前景是一组称为烧绿石的矿物，它们具有磁性离子或带电原子，排列成适当的金字塔结构。科学家们或许还可以使用量子计算机或其他旨在模拟量子自旋冰的量子设备来研究这些材料。序列号：2017 年 6 月 29 日）。
如果科学家成功制造出量子自旋冰，这些材料就可以揭示量子电动力学和标准模型如何在具有更大精细结构常数的宇宙中发挥作用。“这将是希望，”牛津大学凝聚态理论家 Shivaji Sondhi 说道，他没有参与这项研究。“能够制作一个假的标准模型很有趣……并询问会发生什么。”
