Большая часть материи подчиняется «правилу четырех»: ученые не могут этого объяснить

Фото: ScienceAlert

Ученые изучили более 80 тысяч электронных структур экспериментальных материалов и оказалось, что 60% из них имеют базовую структурную единицу, кратную четырем. Ученые не знают, почему так происходит, но такое положение вещей реально существует. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature, пишет ScienceAlert.

По словам ученых, анализ разных материалов позволил обнаружить аномальное изобилие неорганических соединений, примитивная элементарная ячейка которых содержит число атомов, кратное четырем. Это свойство ученые называют "правилом четырех". Теперь осталось выяснить источник возникновения этого правила, но пока удовлетворительного объяснения такого аномального распределения нет.

Один из самых основных вопросов о Вселенной заключается в том, почему одних свойств в ней больше, чем других. Например, почему материи больше, чем антиматерии и почему материалы ведут себя странным образом?

Ответ на вторую часть вопроса интересует ученых, которые занимаются материаловедением, которое стремится понять свойства и поведение различных комбинаций атомов, чтобы помочь в разработке материалов и их совершенствовании. Но существует огромное разнообразие способов объединения частиц.

Поэтому ученые были сильно озадачены, когда обнаружили закономерность, которая возникает в двух базах данных материалов. Большинство неорганических соединений в двух базах данных имеют элементарные ячейки, то есть наименьшую возможную единицу, которая повторяется внутри кристаллической структуры, которая кратна четырем.

Но теоретически все типы структур должны быть одинаково представлены в этих базах данных. Появление такого преобладающего свойства может означать, что где-то в данных есть ошибка, которую не заметили.

По словам ученых, одна из причин может заключаться в том, что, когда обычная элементарная ячейка (ячейка большего размера, чем примитивная, представляющая полную симметрию кристалла) превращается в примитивную ячейку, количество атомов обычно уменьшается в четыре раза.

Как только ученые исключили очевидные ошибки, им пришлось искать другие закономерности, которые могли бы объяснить "правило четырех".

Одним из возможных объяснений был кремний, который может связывать четыре других атома со своим центральным атомом. Если бы все соединения, которые входят в "правило четырех", содержали кремний, это бы разгадало загадку, но не во всех материалах содержался кремний. Точно так же не было никакой причины для формирования энергий правила четырех соединений.

Далее ученые применили более мощный алгоритм для анализа. Алгоритм сгруппировал соединения по сходству их атомных свойств. Но это ни к чему не привело. По словам ученых, эта закономерность реально существует и не выглядит как ошибка, но не было других свойств, которые могли бы точно предсказать, будет ли соединение следовать "правилу четырех".

Дальнейшее применение алгоритма привело к получению результатов, которые предсказывали, что соединение может подчиняться правилу четырех с точностью до 87%. Это говорит о том, что в правиле четырех соединений может быть что-то, чего ученым не хватает, что могло бы помочь объяснить, что создает эту закономерность.

Ученые считают, что с помощью еще более мощных вычислительных методов, возможно, получится получить объяснение.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform