Физика

Ученые нашли доказательства того, что странная группа квантовых частиц в основном бессмертна

Ничто не вечно. Люди, планеты, звезды, галактики, может быть, даже сама Вселенная, у всего есть срок годности. Но вещи в квантовой сфере не всегда следуют правилам. Теперь ученые обнаружили, что квазичастицы в квантовых системах могут быть бессмертными.

Это не значит, что они не разлагаются, что обнадеживает. Но как только эти квазичастицы разложились, они способны реорганизовать себя обратно в существование, возможно, до бесконечности.

Это, по-видимому, прямо противоречит второму закону термодинамики, который утверждает, что энтропия в изолированной системе может двигаться только в возрастающем направлении: вещи могут только разрушаться, а не восстанавливаться.

Конечно, квантовая физика может стать странной с правилами; но даже квантовые ученые не знали, что квазичастицы были странными именно в этом смысле.

«До сих пор предполагалось, что квазичастицы во взаимодействующих квантовых системах распадаются через определенное время», - сказал физик Франк Поллман из Технического университета Мюнхена.

«Теперь мы знаем, что происходит обратное: сильные взаимодействия могут даже полностью прекратить распад».

Квазичастицы - это не частицы, как мы обычно думаем о них, как электроны и кварки. Скорее, это возмущения или возбуждения в твердом теле, вызванные электрическими или магнитными силами, которые в совокупности ведут себя как частицы.

Фононы - дискретные единицы колебательной энергии, которые колеблются, например, в атомах кристаллической решетки, - часто классифицируются как квазичастицы, как и поляроны, электроны, захваченные в решетке, окруженной облаком поляризации.

Исследователи, участвовавшие в этом последнем исследовании, разработали численные методы для расчета сложных взаимодействий этих квазичастиц и провели моделирование на мощном компьютере, чтобы наблюдать, как они распадаются.

«Результат сложного моделирования: по общему признанию, квазичастицы распадаются, однако новые, идентичные частицы сущностей появляются из обломков», - сказал физик Рубен Верресен из Технического университета Мюнхена и Института Макса Планка по физике сложных систем.

«Если этот распад происходит очень быстро, через определенное время произойдет обратная реакция, и осколки снова сойдутся. Этот процесс может повторяться бесконечно, и возникает устойчивое колебание между распадом и возрождением».

И, как отметили физики, это не нарушает второй закон термодинамики. Это потому, что колебание - это волна, которая превращается в материю, которая подпадает под квантово-механическую концепцию дуальности волны-частицы.

Их энтропия не уменьшается, а остается постоянным. Это все еще довольно странно, но не странно для физики.

На самом деле, обнаружение решило несколько других головоломок. Например, есть магнитное соединение Ba3CoSb2O9, используемое в экспериментах, которое ранее было обнаружено неожиданно стабильным. Теперь похоже, что ключом могут быть содержащиеся в нем магнитные квазичастицы, называемые магнонами. Согласно модели, они перестраиваются после распада.

Другим потенциальным примером является гелий: он становится сверхтекучим без сопротивления при температуре абсолютного нуля, и это своеобразное свойство может быть объяснено тем фактом, что этот газ полон квазичастиц, называемых ротонами.

На данный момент работа ведется только в теоретической сфере, но исследователи считают, что это бессмертие квазичастиц наделяет его мощным потенциалом для длительного хранения данных в квантовых вычислительных системах.

Исследование было опубликовано в журнале «Nature Physics».

Читайте Новая Наука в
Back to top button