Elektrone obično nalazimo u društvu njihovih atoma, no tim fizičara ove je čestice zamislio u sasvim drugačijem stanju: ugniježđene u kvantnoj fazi koja se naziva Wignerov kristal, i to bez prisutnosti jezgre.

Faza je nazvana po Eugeneu Wigneru koji je 1934. predvidio da će se elektroni kristalizirati u rešetki kada su određene interakcije među njima dovoljno jake. Novi tim znanstvenika koristio je skenirajuću tunelsku mikroskopiju visoke rezolucije za izravno slikanje kristala, a njihovo je istraživanje objavljeno u časopisu Nature.

'Wignerov kristal je jedna od najfascinantnijih predviđenih kvantnih faza tvari te predmet brojnih studija koje tvrde da su pronašle, u najboljem slučaju, neizravne dokaze za njegov nastanak', rekao je Ali Yazdani, fizičar sa Sveučilišta Princeton i stariji autor studije, u sveučilišnom izdanju.

Elektroni se međusobno odbijaju, što znači da se vole kloniti jedan od drugoga. U 1970-ima, tim iz Bell Laboratories stvorio je elektronski kristal prskanjem čestica na helij, nakon čega su promatrali elektrone koji se ponašaju kao kristal. Taj je eksperiment zapeo, piše Gizmodo, u klasičnoj sferi. Nedavni eksperiment proizveo je 'pravi Wignerov kristal' jer su elektroni u rešetki funkcionirali kao val, a ne kao pojedinačne čestice zalijepljene zajedno.

Wigner je teoretizirao da će se ova kvantna faza elektrona dogoditi zbog međusobnog odbijanja čestica, a ne usprkos tome, što bi se dogodilo samo na vrlo niskim temperaturama i u uvjetima niske gustoće. U novom eksperimentu tim je elektrone stavio između dva grafenska lista iscrpno očišćena od materijalnih nesavršenosti. Zatim su ohladili uzorke i primijenili magnetsko polje okomito na njih. Najveća snaga magnetskog polja bila je 13,95 Tesla, a najniža temperatura 210 milikelvina. Stavljanje elektrona u magnetsko polje dodatno ograničava njihovo kretanje, povećavajući šanse da će se kristalizirati.

'Postoji inherentno odbijanje između elektrona', rekao je Minhao He, istraživač na Sveučilištu Princeton i koautor rada, u istom izdanju. 'Žele odgurnuti jedni druge, ali u međuvremenu, elektroni ne mogu biti beskonačno udaljeni zbog konačne gustoće. Rezultat je da tvore tijesno zbijenu, regulariziranu strukturu rešetke, pri čemu svaki od lokaliziranih elektrona zauzima određenu količinu prostora.'

Tim je bio iznenađen što je Wignerov kristal ostao stabilan u duljem rasponu od očekivanog. Pri višim gustoćama, međutim, kristalna faza ustupila je mjesto elektronskoj tekućini. Istraživači se nadaju da će moći snimiti kako Wignerova kristalna faza ustupa mjesto drugim fazama elektrona pod magnetskim poljem.