فصل الدوران والشحنة

في فيزياء المادة المكثفة ، يُعدّ فصل اللف المغزلي عن الشحنة سلوكًا غير مألوف للإلكترونات في بعض المواد، حيث "تنقسم" إلى ثلاثة جسيمات مستقلة: السبينون ، والأوربيتون، والهولون ( أو التشارجون ). ويمكن نظريًا اعتبار الإلكترون دائمًا حالة ارتباط بين هذه الجسيمات الثلاثة، حيث يحمل السبينون لف الإلكترون، ويحمل الأوربيتون درجة حرية المدار ، ويحمل التشارجون الشحنة ، ولكن في ظروف معينة، يمكن أن تتصرف هذه الجسيمات كجسيمات شبه مستقلة .

تعود نظرية فصل اللف المغزلي عن الشحنة إلى أعمال سين-إتيرو توموناغا، الذي طور طريقة تقريبية لمعالجة الأنظمة الكمومية المتفاعلة أحادية البعد عام 1950. ^{[ 1 ]} ثم طورها خواكين مازداك لوتينغر عام 1963 بنموذج قابل للحل بدقة، أثبت فصل اللف المغزلي عن الشحنة. ^{[ 2 ]} وفي عام 1981 ، عمم ف. دنكان م. هالدين نموذج لوتينغر ليشمل مفهوم سائل توموناغا-لوتينغر ^{[ 3 ]} ، حيث تبين نظريًا أن فيزياء نموذج لوتينغر سمة عامة لجميع الأنظمة المعدنية أحادية البعد. ورغم أن هالدين تناول الفرميونات عديمة اللف المغزلي، إلا أن التوسع ليشمل الفرميونات ذات اللف المغزلي ½ وما يرتبط بها من فصل اللف المغزلي عن الشحنة كان واضحًا لدرجة أن الورقة البحثية اللاحقة الموعودة لم تُنشر.

يُعدّ فصل الشحنة عن اللف المغزلي أحد أكثر مظاهر مفهوم الجسيمات شبه الحقيقية غرابةً . هذه الخاصية غير بديهية، إذ لا يمكن بناء كلٍّ من السبينون (ذي الشحنة الصفرية واللف المغزلي النصفي) والشارغون (ذي الشحنة السالبة واحد واللف المغزلي الصفري) كتركيبات من الإلكترونات والفجوات والفونونات والفوتونات التي تُشكّل مكونات النظام. وهو مثال على التجزئة ، وهي الظاهرة التي لا تكون فيها الأعداد الكمومية للجسيمات شبه الحقيقية مضاعفاتٍ لأعداد الجسيمات الأولية، بل كسورًا.

وقد طُبقت نفس الأفكار النظرية في إطار الذرات فائقة البرودة . في غاز بوز ثنائي المكونات أحادي البعد، يمكن للتفاعلات القوية أن تُنتج شكلاً أقصى لفصل الشحنة عن اللف المغزلي. ^{[ 4 ]}

استنادًا إلى نظرية الفيزيائي ف. دنكان م. هالدين لعام 1981، أثبت خبراء من جامعتي كامبريدج وبرمنغهام تجريبيًا في عام 2009 أن كتلة من الإلكترونات المحصورة اصطناعيًا في حيز صغير ستنقسم إلى سبينونات وهولونات نتيجةً لشدة تنافرها المتبادل (بسبب تشابه شحنتها). ^{[ 5 ] [ 6 ]} وقد رصد فريق من الباحثين العاملين في مصدر الضوء المتقدم (ALS) التابع لمختبر لورانس بيركلي الوطني بوزارة الطاقة الأمريكية، ذروة البنية الطيفية لفصل الشحنة عن اللف المغزلي قبل ذلك بثلاث سنوات. ^{[ 7 ]}

• _{ملاحظة فصل الشحنة المغزلية في SrCuO 2} أحادي البعد
• _{تشتتات متميزة للسبينون والهولون في وظائف الطيف الضوئي للانبعاث من SrCuO 2} أحادي البعد  : ملخص