根据古典物理学的定律,对一物质施加磁场,会打乱其原子的磁排列。而物质受磁场影响的程度被称为该物质的“磁化率”。一般情形是,如果无序的物质受到磁场影响,通常会反应一段时间,激烈程度上升到一个水平后便稳定下来,再随着温度降低或磁场到达磁饱和而下降。这时,原子将无法再按照磁场的方向蹦跳,速度也会减缓。
在高希进行的第一轮实验中,四氟化钇锂钬的原子一如预期,在受到磁场的影响下变得非常狂野。不过,随着高希把磁场增强,奇怪的事情发生了:她把频率调得愈高,原子蹦跳得愈快。犹有甚者,原本漫无秩序的原子竟开始指向同一个方向,就像是正在集体行动。然后,二百六十颗原子形成“摆荡”,同时朝一个方向或另一个方向旋转。不管高希再怎样加强磁场,原子彼此就是顽固地排成一线。这种自我组织持续了十秒。
起初,高希和罗森鲍姆猜想这种奇怪反应是剩下的钬原子在作怪。众所周知,钬是世界上少数几种长程内力磁力最强的物质之一,有些科学家甚至认为,它的磁力在数学上是存在于另一个向度。罗森鲍姆虽然不清楚要怎么解释他们所观察到的现象,还是把结果写成报告,发表于二〇〇二年的《科学》期刊。
然后,罗森鲍姆决定要做另一个实验,以确定是结晶体里的何种基本成分让它无视外来影响。他放手让自己的聪明女学生去设计实验,只建议她建立三度空间的计算机模型仿真实验结果。在对极微小物质进行实验时,物理学家必须仰赖计算机仿真来印证他们在实验中目睹到的结果。
高希花了几个月撰写计算机程序,建立模型。她计划透过两种扰乱方式——更高温度和更强磁场——去多了解四氟化钇锂钬的磁化率。
她把四氟化钇锂钬放在一乘二英寸大的铜托盘里,绕以两个铜线圈,一个是梯度计,用以测量它的磁化率和个别原子的旋转方向,另一个线圈则用来防阻任何外来磁力的穿透。
与个人计算机联机让她可以改变电压、磁场与温度,计算机也会记录下她更动各种变数所带来的最微小变化。
她先是降低温度,一次降几分之一 K (绝对温度单位),然后开始施加更强磁场。让她惊讶的是,那些原子竟然排列得愈来愈整齐。于是她反过来调高温度,却发现原子继续排列整齐。不管她做什么,那些原子就是对外来干预置之不理。虽然她和罗森鲍姆已经除去结晶体的大部分磁性成分,但它就是不知道怎么搞的磁性愈来愈强。
真怪,她心想。高希决定收集更多数据,以确保结果正确无误。她反复做了六个月的实验,直到二〇〇二年早春完成计算机仿真才停止。一个晚上,她把仿真结果印成曲线图,然后拿来与实验数据的曲线图加以对照。两条曲线完全一模一样。所以,她在结晶体里看到的事情不是假象,而是真实的,计算机仿真结果足以证明一切。她在图表上标示原子群应该出现的位置,让它们遵循基本物理定律。但是,却发现它们排列成线,完全依循自己的规律。