Znanstveniki so dokazali sposobnost merjenja vpliva fizikalnih pojavov v štirih dimenzijah na poskuse v tridimenzionalnem svetu. Novo delo temelji na odkritjih, podeljenih z Nobelovo nagrado za fiziko za leto 2016, in lahko postane podlaga za popolnoma nove pristope k razumevanju kvantne mehanike, pa tudi pri gradnji teorije kvantne gravitacije. Članek evropske ekipe je bil objavljen v reviji Nature.
Zdi se, da ima svet okoli nas tri dimenzije. Številne fizikalne teorije pa obravnavajo situacije z velikim številom dimenzij: v splošni relativnosti so štirje (trije prostorski in en časovni, združeni v en kontinuum), v teoriji super nizov pa le 10 samostojnih prostorskih smeri. Novo delo fizikov kaže na možnost opazovanja vpliva štiridimenzionalnih procesov na tridimenzionalne poskuse, ki jih lahko figurativno primerjamo z metanjem dvodimenzionalne sence s tridimenzionalnimi predmeti.
Fiziki preučujejo sistem ultrahladnih atomov v dvodimenzionalni optični pasti laserskih žarkov, kar ustvarja superrešetko - superpozicijo dveh periodičnih potencialov z različnimi obdobji. V tej zasnovi se pojavi nova vrsta kvantnega Hallovega učinka, ki je predvidena za štiridimenzionalne sisteme. Običajni Hallov učinek se pojavi, ko se nabiti delci gibljejo v ravnini ob prisotnosti magnetnega polja. Polje na delce deluje z Lorentzovo silo, ki jih odbije v smeri, pravokotni na gibanje. Posledično se pojavi prečna (glede na prvotno smer gibanja) potencialna razlika, imenovana Hallova napetost. Leta 1980 je Klaus von Klitzing pokazalda lahko pri zelo nizkih temperaturah in visokih magnetnih poljih ta napetost sprejme le določene vrednosti - to odkritje imenujemo celoštevilčni kvantni Hallov učinek.
Kasneje se je izkazalo, da je nujni pogoj za pojav kvantnega Hallovega učinka ravno dvodimenzionalnost sistema in njegove posebne fizikalne lastnosti niso tako pomembne. To je posledica topologije kvantno-mehanske valovne funkcije. Prav tako je mogoče dokazati, da tak učinek v tridimenzionalnih telesih ni mogoč, saj smer, pravokotna na hitrost, ni enolično določena.
Kasnejše študije so pokazale, da bi v primeru štirih meritev moral obstajati podoben učinek, za katerega so bile napovedane številne bistveno nove lastnosti, na primer nelinearni Hallov tok. Dolgo časa je to ostal teoretični model brez možnosti preverjanja v eksperimentu. Vendar so leta 2013 fiziki ugotovili, da je štiridimenzionalni Hallov učinek čutiti v posebnem dvodimenzionalnem sistemu, imenovanem topološke črpalke naboja. Ta ideja se je uresničila šele v posebni dvodimenzionalni optični superrešetki. V njem so bili žarki različnih valovnih dolžin usmerjeni vzdolž ene smeri pod nekoliko različnimi koti, vzdolž druge pa se je oblika optičnega potenciala dinamično spreminjala s premikanjem valovne dolžine dodatnega laserja.
Posledično se atomi v taki pasti gibljejo pretežno po smeri z izmeničnim potencialom in na kvantni način, kar ustreza enodimenzionalnemu modelu dvodimenzionalnega Hallovega učinka. Vendar pa so fiziki hkrati odkrili postopno premikanje v prečni smeri, čeprav je ob njem potencial ostal konstanten skozi ves poskus. To gibanje ustreza nelinearnemu 4D Hallovemu učinku. Natančne meritve so potrdile kvantno naravo gibanja atomov v tej smeri, kar kaže na kvantno naravo prvega prikazanega štiridimenzionalnega pojava.