物理实验揭示了一种新的物质状态的形成 破坏了时间反演对称性

在《自然-物理学》杂志上，Egor Babaev教授和合作者在对铁基材料Ba1-xKxFe2As2进行的一系列实验测量中提出了费米子四倍增长的证据。这些结果是在Babaev首次预测这种现象近20年后，以及他发表论文预测这种现象可能在材料中发生8年后取得的。

电子配对实现了超导的量子态，这是一种零电阻的导电状态，被用于核磁共振扫描器和量子计算。它发生在一种材料中，是两个电子结合的结果，而不是像在真空中那样相互排斥。这一现象最早是由Leon Cooper、John Bardeen 和 John Schrieffer在理论中描述的，他们的工作在1972年获得了诺贝尔奖。

所谓的库珀对基本上是"异性相吸"。通常情况下，两个电子，也就是带负电的亚原子粒子，会相互强烈排斥。但在晶体中的低温下，它们会松散地成对结合，从而产生一种强大的长程有序。电子对的电流不再从缺陷和障碍物中散射，导体可以失去所有的电阻，成为一种新的物质状态：超导体。

只是在最近几年，四费米子凝聚态的理论思想才被广泛接受。Babaev说，为了使费米子四倍态发生，必须有某种东西可以阻止成对的凝聚，阻止它们无阻力地流动，同时允许四电子复合体的凝聚。

Bardeen-Cooper-Schrieffer理论不允许有这样的行为，所以当Babaev在德累斯顿工业大学的实验合作者Vadim Grinenko在2018年发现了费米子四重凝聚的第一个迹象时，它挑战了多年来普遍存在的科学协议。接下来是在多个机构的实验室进行了三年的实验和调查，以验证这一发现。

Babaev说，所做观察中的关键是费米子四重凝聚物自发地破坏了时间反演对称性  （ Time-Reversal Symmetry）。在物理学中，时间反演对称性是一种数学操作，即在公式或方程式中用其负数取代时间的表达，以便它们描述一个时间向后运行或所有运动都相反的事件。

如果人们颠倒了时间方向，物理学的基本规律仍然成立。这对典型的超导体来说也是成立的：如果时间之箭被逆转，典型的超导体仍将是相同的超导状态。他表示：“然而，在我们报告的四费米子凝聚态的情况下，时间反演使其处于不同的状态。”

他说：“可能需要很多年的研究才能完全理解这种状态。这些实验开辟了一些新的问题，揭示了与它对热梯度、磁场和超声波的反应有关的其他一些不寻常的特性，这些特性仍有待更好地理解。”