في العالم الكمومي، توجد قواعد تبدو وكأنها منتهكة. إحداها هي قانون الحفظ: إذا كانت التناظرات في الفيزياء الكلاسيكية تضمن حفظ الشحنة، فإن هذا الضمان قد يختفي عند الانتقال إلى الوصف الكمومي. تسمى هذه الظاهرة الشذوذ الكمومي. إنه ليس خطأ، بل خاصية خاصة تظهر في استجابات غير عادية للنظام.

أحد الأمثلة البارزة هو شذوذ التكافؤ في فرميون ديراك ثنائي الأبعاد. في الظروف العادية، يتدفق التيار الكهربائي في نظام ثنائي الأبعاد تحت تأثير مجال مغناطيسي بشكل عمودي تمامًا، وتكون قيمته مضاعفًا لعدد صحيح. ولكن عند النقطة التي يُستعاد فيها تناظر التكافؤ، يصبح التيار "نصفيًا" — أي نصف الكم القياسي بالضبط. لفترة طويلة، لوحظ هذا التأثير فقط على سطح مواد ثلاثية الأبعاد، بينما ظل بعيد المنال في نظام ثنائي الأبعاد بحت.

الآن، استخدم باحثون من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين ذرات ديسبروسيوم فائقة البرودة. لقد أنشأوا فضاءً اصطناعيًا ثنائي الأبعاد: بُعد واحد حقيقي، والآخر "ملتصق" من حالات السبين للذرات. سمح هذا بضبط هندسي للمناطق الطوبولوجية بأعداد تشيرن مختلفة. عند نقطة الانتقال بين المناطق ذات العددين 0 و1، تُغلق الفجوة الطاقية في نقطة واحدة — نقطة ديراك. هناك ظهرت الاستجابة الشاذة: أظهر انجراف الذرات تكميمًا نصفيًا، على الرغم من الإثارة القوية.

هذه النتيجة ليست مجرد عرض جميل. إنها تُظهر أن الأنظمة الكمومية الاصطناعية يمكن أن تكون بمثابة ساحة اختبار نقية لدراسة الشذوذات وعلاقتها بالطوبولوجيا. في المستقبل، ستساعد هذه المنصات في التحقق من التنبؤات الدقيقة لنظرية الحقل الكمومي، وربما اكتشاف حالات جديدة من المادة.