物理实验揭示新的物质状态形成：打破时间反演对称性
电子配对使超导量子态成为可能，这是一种零电阻的导电状态，可用于核磁共振扫描仪和量子计算
在发表于《自然-物理学》（Nature Physics）的论文中，叶戈尔·巴巴耶夫教授及其合作者提出了费米子在铁基材料Ba1−xKxFe2As2上的一系列实验测量中增加为4倍的证据。早在近20年前，巴巴耶夫就首次预测了这种现象；而在8年前，他发表了一篇预测这种现象可能发生在这种材料中的论文。
电子配对使超导量子态成为可能，这是一种零电阻的导电状态，可用于核磁共振扫描仪和量子计算。电子配对发生在物质内部，是两个电子结合的结果，而不会像在真空中那样相互排斥。利昂·库珀、约翰·巴丁和约翰·施里弗最早对这一现象进行了理论描述，该研究成果——即BCS理论——使他们在1972年获得了诺贝尔物理学奖。
简单来说，所谓的库珀对基本上就是“异性相吸”。通常情况下，两个带负电的电子会强烈排斥对方，但在低温下，它们会松散地成对结合在一起，形成稳定的长程有序结构。电子对的电流不再因为晶格缺陷和阻碍而分散，导体也因此失去所有的电阻，成为一种新的物质状态：超导体。一般而言，电子之间都有微小的引力，这使得电子的能量低于费米能时，电子就会结合在一起；这一能量降低的量级大约是1meV，而常规温度对应的热运动能量相对较大，因此库珀对现象通常要在低温下才会出现，即所谓的低温超导。
研究者采用铁基超导体材料Ba1−xKxFe2As2进行实验测量
然而，BCS理论并不能成功解释非常规超导体，或高温超导的现象。直到最近几年，四费米子凝聚态的理论思想才被广泛接受。为了实现费米子的四倍状态，就必须有某种东西阻止配对的凝聚及其无阻碍的流动，同时允许四电子复合材料的凝聚。
BCS理论中不允许这样的情况出现，因此，当巴巴耶夫在德累斯顿工业大学的实验合作者瓦迪姆·格林年科于2018年发现了费米子4倍凝聚的第一个迹象时，多年来普遍存在的科学共识便受到了挑战。随后，为了验证这一发现，他们在多个机构的实验室进行了长达三年的实验和研究。
在这些研究中，最关键的是观察到了费米子四重凝聚会自发地打破时间反演对称性。在物理学中，时间反演对称是一种数学运算手段，即在公式或方程中，用时间的负数来表达时间，从而描述时间反演或所有运动反演的事件。
如果在时间反演的情况下，物理的基本定律仍然成立，即物理系统保有对称性，则可以称为时间反演对称。这也适用于典型的超导体：如果时间箭头倒转，典型的超导体仍然会保持相同的超导状态。
然而，在四费米子凝聚的情况下，时间反演会使其处于不同的状态，要完全理解这种状态可能还需要很多年的研究。这些实验提出了一些新的问题，揭示了与这种凝聚状态对热梯度、磁场和超声波反应相关的其他一些不寻常的特性，还需要进一步理解这些特性。（任天）
