Vattenånga som kyls ner övergår vid kokpunkten till vatten och vid fryspunkten till is. Alla ämnen, med ett undantag, uppför sig på detta vis: Vid hög temperatur är de gaser för att, när temperaturen sjunker, först kondenseras till vätskor och till sist stelna till fasta ämnen. Undantaget är ädelgasen helium, den man fyller ballonger med. När den kyls bildas först som vanligt en vätska, men sedan, vid —271 grader, bildas en annan vätska — supraflytande helium, och hur mycket man än fortsätter att kyla så stelnar denna aldrig. Supraflytande helium är nämligen ingen vanlig vätska utan en kvantvätska med många underliga och fascinerande egenskaper - bland annat kan den rinna uppför väggar.

I vanligt vatten rör sig de enskilda molekylerna slumpmässigt och känner av varandra bara genom att kollidera med sina närmsta grannar, ungefär som människorna i en stor folksamling. I en kvantvätska däremot, känner alla av varandra och rör sig i välordnade, gemensamma mönster, ungefär som dansarna i en stor balett.

Många metaller blir vid låg temperatur supraledande — de leder elektrisk ström utan att göra motstånd. I detta fall är det elektroner i metallen som rör sig i välordnade mönster — de har bildat en kvantvätska. Vid rumstemperatur, då metallen uppför sig som vanligt, rör sig elektronerna slumpmässigt — de utgör en gas inne i metallen.

Studiet av kvantvätskor har lärt fysikerna mycket om den grundläggande del av fysiken som kallas kvantfysik, och många Nobelpris har delats ut för upptäckter relaterade till kvantvätskor. Supraledning har också lett till många viktiga tekniska tillämpningar. Årets Nobelpris i fysik är för upptäckten av en kvantvätska med helt nya och märkliga egenskaper.

År 1980 gjorde den tyske fysikern Klaus von Klitzing en sensationell upptäckt för vilken han belönades med 1985 års Nobelpris. Genom att koppla på elektriska spänningar fångade han in en mängd elektroner i ett tunt gränsskikt mellan två plattor av olika halvledande material lagda ovanpå varandra. Elektronerna kunde röra sig fritt i skiktet men inte slippa därifrån — man kan tänka på dem som en gas på en yta. (Jämför med elektronerna i metallen ovan som är en gas i en volym.) von Klitzing upptäckte att när han placerade plattorna i ett superstarkt magnetfält så uppförde sig skiktet mycket konstigt: Den elektriska ledningsförmågan, som normalt kan anta vilket värde som helst om man ändrar styrkan på magnetfältet, antog endast vissa bestämda värden, som visade sig vara ett heltal gånger en fundamental enhet som numera kallas för en Klitzing. Detta fenomen, som kallas den heltaliga kvanthalleffekten, förklarades av en av årets pristagare, Robert Laughlin, som en konsekvens av de enskilda elektronernas rörelse i det magnetiska fältet.

År 1982 studerade Daniel Tsui och Horst Störmer skikt där elektronerna rörde sig mycket friare än i von Klitzings experiment och när de kylde ner sina elektroner observerade de något helt oväntat — den elektriska ledningsförmågan var bestämda bråkdelar (fraktioner) som 1/3 och 1/5 av en Klitzing. Denna så kallade fraktionella kvanthalleffekt visade sig vara omöjlig att förstå med hjälp av Laughlins ursprungliga idéer, men även i detta fall var det han som fann lösningen: Elektronerna i Tsuis och Störmers experiment hade bildat en helt ny typ av kvantvätska - en fraktionell kvantvätska.

En mycket märklig sak händer i den nya kvantvätskan då man tillför en extra elektron till gränsskiktet. I von Klitzings experiment kommer denna elektron att röra sig för sig själv, oberoende av kvantvätskans välordnade rörelse. Men i en fraktionell kvantvätska händer något underligt. Här får man tre (eller fem eller …) nya partiklar. Den elektriska laddningen hos var och en av dessa partiklar är en tredjedel (femtedel…) av en elektrons laddning. Partiklarna har fraktionell laddning. Det är viktigt att poängtera att den tillförda elektronen inte har delat upp sig i mindre delar. Istället är det elektronernas samordnade rörelser i den fraktionella kvantvätskan som ger upphov till de fraktionellt laddade partiklarna - man kan tänka på de nya partiklarna som förtätningar i vätskan. Det var Laughlin som först insåg att partiklarna i den fraktionella kvantvätskan har fraktionell laddning och detta har sedan bekräftats av experiment.

Undersökningar av de fraktionella kvantvätskorna fortsätter att vara ett av de intressantaste områdena inom den moderna fysiken. Som exempel på resultat som bara är några år gamla, kan nämnas att man nu tror sig veta att de elektroner som befinner sig i kanten av en droppe av kvantvätskan rör sig tillsammans på ett alldeles speciellt sätt, och bildar ännu en ny kvantvätska — en så kallad kiral Luttinger vätska.

Thors Hans Hansson Anders Karlhede