Dessa dagar, filmer och videospel gör alltmer realistiska 3D-bilder på 2-D-skärmar, ger tittarna illusionen av att titta in i en annan värld. För många fysiker, fastän, att hålla saker platta är mycket mer intressant.

En anledning är att platta landskap kan låsa upp nya rörelsemönster i kvantvärlden av atomer och elektroner. Till exempel, avlägsnande av den tredje dimensionen gör att en helt ny klass av partiklar kan växa fram - partiklar som inte passar in i de två klasserna, bosoner och fermioner, tillhandahålls av naturen. Dessa nya partiklar, känd som någon, förändras på nya sätt när de byter plats, en bedrift som en dag kan driva en speciell ras av kvantdatorer.

Men alla människor och de förhållanden som ger dem har varit oerhört svåra att upptäcka i experiment. I ett par tidningar som publicerades den här veckan i Fysiska granskningsbrev , JQI -stipendiat Alexey Gorshkov och flera medarbetare föreslog nya sätt att studera denna ovanliga platta fysik, vilket tyder på att ett litet antal begränsade atomer skulle kunna fungera som stand-ins för de finiga elektronerna som först förutspås uppvisa lågdimensionella finesser.

"Dessa två artiklar bidrar till den växande litteraturen som visar löftet om kalla atomer för att studera exotisk fysik i allmänhet och alla i synnerhet, "Gorshkov säger." Tillsammans med de senaste framstegen inom kalla atomförsök - bland annat av gruppen Ian Spielman vid JQI - antyder detta arbete spännande experimentella demonstrationer som kan vara precis runt hörnet. "

I det första papperet, som valdes som ett redaktörsförslag, Gorshkov och kollegor föreslog att leta efter en ny experimentell signatur av alla-en som kan vara synlig i en liten samling atomer som hoppar runt i ett 1-D-rutnät. Tidigare arbete föreslog att sådana system kan simulera bytesbeteende hos alla, men forskare visste bara om sätt att upptäcka effekterna vid extremt kalla temperaturer. Istället, Fangli Liu, en doktorand vid JQI, tillsammans med Gorshkov och andra medarbetare, hittat ett sätt att upptäcka närvaron av någon utan att behöva sådana kalla klimat.

Vanligtvis, atomer sprider sig symmetriskt över tiden i ett 1-D-rutnät, men alla kommer i allmänhet att gynna vänster över höger eller vice versa. Forskarna hävdade att enkla förändringar av lasern som används för att skapa nätet skulle göra atomerna mindre lika dem själva och mer som alla andra. Genom att mäta hur antalet atomer på olika platser förändras över tiden, det skulle då vara möjligt att upptäcka den asymmetri som förväntas av någon. Vidare, justering av lasern skulle göra det enkelt att byta favoritriktning i experimentet.

"Motiveringen var att använda något som inte krävde extremt kalla temperaturer för att undersöka någon, "säger Liu, tidningens huvudförfattare. "Förhoppningen är att kanske några liknande idéer kan användas i mer allmänna miljöer, som att leta efter relaterade asymmetrier i två dimensioner. "

I det andra papperet, Gorshkov och en separat grupp medarbetare hittade teoretiska bevis för ett nytt tillstånd som är nära besläktat med en Laughlin -vätska, det prototypiska exemplet på ett ämne med topologisk ordning. I en Laughlin -vätska, partiklar - ursprungligen elektroner - hitta genomarbetade sätt att undvika varandra, vilket leder till uppkomsten av någon som bara bär en bråkdel av den elektriska laddningen som innehas av en elektron.

"Alla är i stort sett fortfarande teoretiska konstruktioner, säger Tobias Grass, en postdoktor vid JQI och huvudförfattare till den andra uppsatsen, "och experiment har ännu inte visat dem slutgiltigt."

Även om fraktionella laddningar har observerats i experiment med elektroner, många av deras andra förutsagda fastigheter har förblivit omätbara. Detta gör det svårt att söka efter annat intressant beteende eller att studera Laughlin -vätskor närmare. Gräs, Gorshkov och deras kollegor föreslog ett sätt att manipulera interaktionerna mellan en handfull atomer och upptäckte ett nytt tillstånd av materia som blandar egenskaper hos Laughlin -vätskan och en mindre exotisk kristallfas.

Atomerna i detta nya tillstånd undviker varandra på samma sätt som elektroner i en Laughlin -vätska, och de faller också in i ett vanligt mönster som i en kristall - om än på ett konstigt sätt, med bara hälften av en atom som upptar varje kristallplats. Det är en unik blandning av kristallsymmetri och mer komplex topologisk ordning - en kombination som har fått lite tidigare studier.

"Tanken att du har ett bosoniskt eller fermioniskt system, och sedan från interaktioner framträder en helt annan fysik - det är bara möjligt i lägre dimensioner, "Gräs säger." Att ha en experimentell demonstration av någon av dessa faser är bara intressant ur ett grundläggande perspektiv. "