Ученые из Японии и Австрии исследовали энергетические уровни Ландау свободного электрона при его движении в магнитном поле. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте RIKEN.

Энергетические уровни Ландау возникают при движении квантовой частицы в магнитном поле и проявляются, в соответствии с решением уравнения Шредингера, в квантовании ее энергии (появлении дискретных уровней) при заданной проекции скорости в поперечном направлении магнитного поля.

В классическом случае таких уровней не возникает, а движение частицы подчиняется законам классической физики и происходит под действием силы Лоренца (в данном случае — ее магнитной составляющей) с циклотронной частотой.

Ученые в своем эксперименте обнаружили, что в зависимости от квантового числа, описывающего угловой момент частицы, она может двигаться с тремя различными частотами: нулевой, циклотронной и ларморовской (которая равна половине циклотронной). Такое странное с позиций классической физики поведение полностью объясняется квантовой механикой.

Ученые отмечают, что их наблюдения позволяют лучше понять квантовые особенности, присущие движению зараженных частиц в магнитных полях (природу уровней Ландау), а также способствуют прогрессу в той части физики твердого тела, которая связана с квантовым эффектом Холла.