对这种奇怪现象同样好奇不已的是罗森鲍姆的女学生莎亚坦尼·高希——一位有望成为明星博士的候选人。高希是印度人,以一级荣誉学位毕业于剑桥大学,然后在1999年选择了罗森鲍姆的实验室进行博士研究。她几乎马上就得到了文策尔奖——这一奖项由芝加哥大学物理系颁给最优秀的一年级研究生教学研究助理,每年颁发一次。高希年仅23岁,一头浓密的黑发,乍看性格腼腆,但敢于冒险的精神却让同侪与老师都十分钦佩。她在理科学生中很罕见,她有本领把复杂的物理学观念讲解得清楚明白,让本科学生也能理解。文策尔奖设立25年来,她是第二位获奖的女性。
根据古典物理学的定律,对一种物质通过磁场施加影响,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的影响,通常会反应一段时间,再随着温度降低或磁场达到磁饱和而上升和下降。这时,原子将无法再按照磁场的方向蹦跳,速度也会减慢。
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。尤有甚者,原本杂乱无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,由260个原子排成的一个个小群体,形成“振荡器”,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,原子就是顽固地彼此一致,行动一致。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的反应可能是剩下的钬原子在作怪。众所周知,钬是世界上少数几种远距离内力最强的物质之一,有些科学家认为它的磁力是存在于另一个空间的,并且在数学上也证明了这一点。罗森鲍姆虽然不清楚要怎么解释他们所观察到的现象,但他还是把结果写成报告,发表于2002年的《科学》期刊。
然后,罗森鲍姆决定要做另一个实验,以分离出可以让结晶体无视外来影响的基本特性。他放手让自己聪明的女研究生去设计实验,只建议她为她要去做的实验建立一个计算机三维空间数字模拟。在对极微小物质的性质进行实验时,物理学家必须依赖计算机模拟才能在数学上印证他们在实验中看到的结果。
高希花了几个月时间编写计算机程序,建立模拟。她计划对晶体片运用两种扰乱系统——更高温度和更强磁场——去多了解四氟化钇锂钬的磁化率。
高希把四氟化钇锂钬放在一乘二英寸大的铜托盘里,之后在小的结晶体上绕以两个铜线圈,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,另一个线圈则用来阻挡所有影响原子内部的外来磁力。
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改各种变量所带来的变化,甚至是十分微小的程度。