Para saintis telah menunjukkan kemampuan untuk mengukur kesan fenomena fizikal dalam empat dimensi pada eksperimen di dunia tiga dimensi. Karya baru ini berdasarkan penemuan yang dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik untuk tahun 2016 dan dapat membentuk dasar pendekatan baru yang mendasar untuk memahami mekanik kuantum, serta membangun teori graviti kuantum. Sebuah artikel oleh pasukan Eropah diterbitkan dalam jurnal Nature.
Dunia di sekitar kita nampaknya mempunyai tiga dimensi. Walau bagaimanapun, banyak teori fizikal mempertimbangkan situasi dengan sebilangan besar dimensi: dalam relativiti umum terdapat empat daripadanya (tiga spasial dan satu temporal, digabungkan menjadi satu kontinum), dan dalam teori superstring, hanya 10 arah ruang bebas yang dipertimbangkan. Karya baru ahli fizik menunjukkan kemungkinan memerhatikan pengaruh proses empat dimensi pada eksperimen tiga dimensi, yang secara kiasan dapat dibandingkan dengan pemutaran bayangan dua dimensi oleh objek tiga dimensi.
Ahli fizik mengkaji sistem atom ultrasold dalam perangkap optik dua dimensi sinar laser, yang mencipta superlattice - superposisi dua potensi berkala dengan jangka masa yang berbeza. Dalam reka bentuk ini, muncul jenis kesan Hall kuantum baru, yang diramalkan untuk sistem empat dimensi. Kesan Hall yang biasa berlaku apabila zarah bermuatan bergerak dalam satah di hadapan medan magnet. Medan bertindak pada zarah-zarah oleh gaya Lorentz, yang memesongkannya ke arah tegak lurus dengan gerakan. Akibatnya, perbezaan potensi melintang (relatif terhadap arah asal gerakan) muncul, yang disebut voltan Hall. Pada tahun 1980, Klaus von Klitzing menunjukkanbahawa pada suhu yang sangat rendah dan medan magnet tinggi, voltan ini hanya dapat mengambil nilai tertentu - penemuan ini disebut kesan Hall kuantum integer.
Kemudian ternyata bahawa keadaan yang diperlukan untuk penampilan kesan Hall kuantum adalah tepat dua dimensi sistem, dan sifat fizikalnya yang spesifik tidak begitu penting. Ini disebabkan oleh topologi fungsi gelombang mekanik kuantum. Ini juga dapat dibuktikan bahawa kesan seperti itu mustahil dilakukan dalam badan tiga dimensi, kerana arah tegak lurus dengan halaju tidak ditentukan secara unik.
Kajian seterusnya menunjukkan bahawa dalam kes empat pengukuran, kesan yang serupa harus ada, di mana sebilangan sifat baru pada asasnya diramalkan, misalnya, arus Hall yang tidak linear. Untuk masa yang lama, ini tetap menjadi model teori tanpa kemungkinan pengesahan dalam eksperimen. Namun, pada tahun 2013, ahli fizik mengetahui bahawa kesan Hall empat dimensi dapat dirasakan dalam sistem dua dimensi khas yang disebut pam muatan topologi. Idea ini baru dapat direalisasikan dalam superlattice optik dua dimensi khas. Di dalamnya, sinar panjang gelombang yang berbeza diarahkan sepanjang satu arah pada sudut yang sedikit berbeza, dan di sepanjang yang lain, bentuk potensi optik diubah secara dinamis dengan menggeser panjang gelombang laser tambahan.
Akibatnya, atom dalam perangkap seperti itu bergerak terutama sepanjang arah dengan potensi bolak-balik, dan dengan cara kuantum, yang sesuai dengan model satu dimensi kesan Hall dua dimensi. Namun, pada masa yang sama, ahli fizik menemui anjakan secara beransur-ansur ke arah melintang, walaupun sepanjang itu potensi tetap berterusan sepanjang keseluruhan eksperimen. Gerakan ini sesuai dengan kesan Dewan 4D yang tidak linear. Pengukuran tepat mengesahkan sifat kuantum pergerakan atom ke arah ini, yang menunjukkan sifat kuantum fenomena empat dimensi pertama yang ditunjukkan.
