Även om du inte studerade fysik, du har säkert hört något om Higgs boson.

Det var titeln på en bok från 1993 av Nobelpristagaren Leon Lederman som kallade Higgs "Gudspartikeln". Det var sökandet efter Higgspartikeln som lanserades efter 2009:s första kollisioner inuti Large Hadron Collider i Europa. Det var tillkännagivandet 2013 att Peter Higgs och Francois Englert vann Nobelpriset i fysik för att de 1964 oberoende teorier om att en fundamental partikel - Higgs - är källan till massa i subatomära partiklar, gör universum som vi känner det möjligt.

(Plus, det finns fysiker från Iowa State University på författarlistan till en forskningsartikel från 2012 som beskriver hur ATLAS-experimentet vid kollideraren observerade en ny partikel som senare bekräftades vara Higgs.)

Och nu Jigang Wang, en professor i fysik och astronomi vid Iowa State och en senior vetenskapsman vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory, och ett team av forskare har upptäckt en form av den berömda partikeln i en supraledare, ett material som kan leda elektricitet utan motstånd, i allmänhet vid mycket kalla temperaturer.

Wang och hans medarbetare – inklusive Chang-Beom Eom, Raymond R. Holton Chair for Engineering och Theodore H. Geballe professor vid University of Wisconsin-Madison; Ilias Perakis, professor och ordförande i fysik vid University of Alabama i Birmingham; och Eric Hellström, professor och tillfällig ordförande för maskinteknik vid Florida State University – rapportera detaljerna i en tidning som nyligen publicerats online av tidskriften Naturkommunikation .

De skriver att de i labbexperiment har hittat ett kortlivat "Higgs-läge" inom järnbaserat, hög temperatur (men fortfarande mycket kall), multienergiband, okonventionella supraledare.

En kvantupptäckt

Detta Higgs-läge är ett materiatillstånd som finns i atomernas kvantskala, deras elektroniska tillstånd och energiska excitationer. Läget kan nås och styras av laserljus som blinkar på supraledaren vid terahertzfrekvenser på biljoner pulser per sekund. Higgs-lägena kan skapas inom olika energiband och fortfarande interagera med varandra.

Wang sa att detta Higgs-läge i en supraledare potentiellt skulle kunna användas för att utveckla nya kvantsensorer.

"Det är precis som Large Hadron Collider kan använda Higgspartikeln för att upptäcka mörk energi eller antimateria för att hjälpa oss att förstå universums ursprung, "Wang sa. "Och våra Higgs-lägessensorer på bordsskivan har potentialen att hjälpa oss att upptäcka de dolda hemligheterna med materiens kvanttillstånd."

Den förståelsen, Wang sa, skulle kunna främja en ny "kvantrevolution" för höghastighetsdatorer och informationsteknik.

"Det är ett sätt så här exotiskt, konstig, kvantvärlden kan appliceras på det verkliga livet, " sa Wang.

Ljusstyrning av supraledare

Projektet tar ett tredelat tillvägagångssätt för att komma åt och förstå de speciella egenskaperna, som detta Higgs-läge, gömd i supraledare:

Wangs forskargrupp använder ett verktyg som kallas kvant-terahertz-spektroskopi för att visualisera och styra elektronpar som rör sig genom en supraledare. Verktyget använder laserblixtar som kontrollratt för att accelerera superströmmar och komma åt nya och potentiellt användbara kvanttillstånd av materia.

Eoms grupp utvecklade syntestekniken som producerar kristallina tunna filmer av den järnbaserade supraledaren med tillräckligt hög kvalitet för att avslöja Higgs-läget. Hellstroms grupp utvecklade avsättningskällor för den järnbaserade supraledande tunnfilmsframkallningen.

Perakis grupp ledde utvecklingen av kvantmodeller och teorier för att förklara resultaten av experimenten och för att simulera de framträdande egenskaperna som kommer från Higgs-läget.

Arbetet har stötts av ett anslag till Wang från National Science Foundation och anslag till Eom och Perakis från det amerikanska energidepartementet.

"Tvärvetenskaplig vetenskap är nyckeln här, " sa Perakis. "Vi har kvantfysik, materialvetenskap och teknik, den kondenserade materiens fysik, lasrar och fotonik med inspiration från grundläggande, högenergi och partikelfysik."

Det finns bra, praktiska skäl för forskare inom alla dessa områden att arbeta tillsammans i projektet. I detta fall, studenter från de fyra forskargrupperna arbetade tillsammans med sina rådgivare för att åstadkomma denna upptäckt.

"Forskare och ingenjörer, " Wang skrev i en forskningssammanfattning, "har nyligen insett att vissa material, som supraledare, har egenskaper som kan utnyttjas för tillämpningar inom kvantinformation och energivetenskap, t.ex., bearbetning, inspelning, lagring och kommunikation."