«Квантовая атмосфера» может раскрыть секреты вещества

Зa пoслeдниe нeскoлькo лeт нeкoтoрыe мaтeриaлы стaли пoлигoнaми на физикoв. Эти мaтeриaлы нe тo чтoбы сдeлaны из чeгo-тo oсoбeннoгo —   oбычныe чaстицы, прoтoны, нeйтрoны и элeктрoны. Нo oни бoльшe, чeм прoстo суммa иx чaстeй. Сии мaтeриaлы имeют цeлый нaбoр любoпытныx свoйств и явлeний, a инoгдa дaжe привoдили физикoв к нoвым сoстoяниям мaтeрии — пoмимo твeрдoгo, гaзooбрaзнoгo и жидкoгo, кoтoрыe ты да я знaeм с дeтствa. Oдин из видов материала, который-нибудь особенно волнует физиков, это топологический изолятор — и, сильнее широко, топологические фазы, теоретические основы которых привели их изобретателей к Нобелевской премии в 2016 году. Сверху поверхности топологического изолятора электроны текут плавно, а среди стоят неподвижно. Топологические изоляторы привлекли внимание вслед свою необычную физику, равно как и за потенциальное служба в квантовых компьютерах и так называемых спинтронных устройствах, которые используют вращение электронов и их заряд. Такое экзотическое поведение безлюдный (=малолюдный) всегда очевидно. «Нельзя просто так сказать, рассматривая уплотнитель в традиционном смысле, обладает он такого рода свойствами иначе нет», говорит Франк Вилчек, физик из Массачусетского технологического института, нобелевский лауреат 2004 лета по физике. Что еще за квантовая обстановка? Получается, множество, казалось бы, обычных материалов могут заключать (в себе) скрытые, но необычные и, возможно, полезные свойства. В намедни опубликованной работе Вилчек и Кин-Донг Чжан, физик с Стокгольмского университета, предложили новый способ исследовать такие свойства: изучая тонкую ауру, которая окружает композит. В этой атмосфере могли бы проявиться некоторые фундаментальные квантовые свойства материала, которые физики после могли бы измерить. «Если бы вы спросили меня, может ли ась?-нибудь подобное произойти, я бы сказал, что сия идея не лишена смысла», говорит Тейлор Хьюз, доктринер конденсированного вещества из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. И добавляет: «Предполагаю, в чем дело? эффект будет очень слабым». В своем новом анализе, тем не менее, Чжан и Вилчек рассчитали, что в принципе квантовый атмосферический эффект будет в пределах обнаружимого. Более того, отмечает Вилчек, доискаться такие эффекты, возможно, удастся очень скоро. Чакра воздействия
Квантовая атмосфера, объясняет Вилчек, это тонкая район влияние вокруг материала. Из квантовой механики долженствует, что вакуум не является совершенно пустым; дьявол наполнен квантовыми флуктуациями. Например, если вы возьмете двум не заряженные пластинки и поместите их рядом в пустое пространство, только квантовые флуктуации с длиной волны короче нежели расстояние между пластинками смогут втиснуться между ними. А снаружи по пластинкам будут попадать флуктуации всех длин волн. Энергичность снаружи будет больше, чем внутри, что приведет к тому, как будто совокупная сила будет сдавливать пластинки вместе. Сие эффект Казимира, и он похож на воздействие квантовой атмосферы, говорит Вилчек. Будто так же, как пластинка ощущает более сильную силу, приближаясь к кто-нибудь другой, игольчатый зонд будет ощущать воздействие квантовой атмосферы, приближаясь к материалу. «Чем ближе ваша сестра к ней, тем больше ее воздействие». И природа сего воздействия зависит от квантовых свойств самого материала. Сии свойства могут быть самыми разными. Некоторые материалы действуют якобы отдельные вселенные со своими физическими законами, будто находятся в мультивселенной материалов. «Очень важная идея в современной физике конденсированных сред такова, по какой причине в нашем распоряжении есть материалы —   скажем, топологические изоляторы —   (во)внутрь которых действует разный набор правил», говорит Петроград Армитаж, физик конденсированных сред из Университета Джона Хопкинса. Кое-какие материалы выступают в роли магнитных монополей —   точечных магнитов с северным полюсом, да без южного. Физики также обнаружили так называемые квазичастицы с дробным электрическим зарядом и квазичастицы, которые выступают в роли собственной антиматерии и способны аннигилировать. В случае если бы подобные экзотические свойства существовали у других материалов, они могли бы распласт себя в квантовых атмосферах. Можно было бы отгадать целый набор новых свойств просто зондируя атмосферы материалов, говорит Вилчек. Затем) чтоб(ы) продемонстрировать свою идею, Чжан и Вилчек сосредоточились держи необычном наборе правил —   аксионной электродинамике — который может будить к появлению уникальных свойств. Вилчек пришел к этой теории в 1987 году, чтоб продемонстрировать, как гипотетическая частица под названием аксион могла бы взаимодействовать с электричеством и магнетизмом. (Давно этого физики выдвигали аксион для решения одной с величайших загадок физики: почему взаимодействия с участием сильной силы остаются прежними, коль скоро частицы заменить античастицами и отражать в зеркале, сохраняя симметрию заряда и четности (CP-неизменность). До этого дня никто не нашел никаких подтверждений существованию аксионов, я признать себя виновным не могу не так давно к ним появился повышенный доход как к кандидатам в темную материю. Хотя эти взгляды на жизнь не будут работать в большинстве мест во Вселенной, они совершенно себе проявляются внутри материала — такого как топологический непроводник. Дефекты в алмазах
Если такой материал, как топологический бокс, подчиняется законам аксионной электродинамики, его квантовая среда может реагировать на все, что ее пересекает. Чжан и Вилчек рассчитали, как будто такой эффект будет подобен проявлению магнитного полина. В частности, они обнаружили, что если вы поместите определенную систему атомов alias молекул в атмосферу, их квантово-энергетические уровни изменятся. Ученые могут распознать изменение этих уровней с применением стандартных лабораторных методов. «Это необычная, только интересная идея», говорит Армитаж. Одна из таких потенциальных систем — бриллиантовый зонд с так называемыми азото-замещенными вакансиями (NV-центрами). NV-очаг — это своего рода дефект в кристаллической структуре алмаза, кое-когда атом углерода алмаза замещается атомом азота, а (место)положение, близкое к азоту, остается пустым. Это свойство делает их мощными датчиками, которые не грех использовать для самых разных целей в геологи и биологии. Одним изо применений могло бы стать составление карты свойств материала. Труд(ы) Чжана и Вилчека, которую они подали в Physical Review Letters, описывает не более чем квантовое атмосферное влияние, полученное из аксионной электродинамики. С тем чтобы определить, какие еще свойства воздействуют на атмосферу, говорит Вилчек, нужно проскрести другие расчеты. Различные фазы вещества, и свойства, которые им соответствуют, дозволено представить в форме симметрий. Когда вы ее нагреваете, взаимоотношения разрушаются, решетчатая структура схлопывается, материал теряет свою симметрию и становится жидкостью в некотором смысле. Явления могут другими, если только отражать их в зеркале, и нарушать симметрию четности. Материл с определенными нарушениями симметрий перестань вызывать такие же нарушения и в зонде, который проходит посредством квантовую атмосферу, говорит Вилчек. Например, в веществе, которое нужно аксионной термодинамике, нарушены симметрии и времени, и четности, а в сочетании их — нет. Прикасаясь к атмосфере материала, вас можете узнать, нарушает ли она симметрию и в какой-нибудь степени. «Некоторые материалы будут тайна нарушать симметрии, о которых ты да я даже не знаем и которых не ожидаем увидеть», говорит возлюбленный. Вилчек говорит, что уже обсудил идею с экспериментаторами. Сильнее того, эти эксперименты вполне осуществимы, даже и невыгодный через годы, но через недели и месяцы. Иначе) будет то все получится, термин «квантовая атмосфера» найдет постоянное луг в лексиконе физиков. Раньше Вилчек уже придумал такие термины, ровно аксионы, анионы (квазичастицы, которые могут быть полезными в (видах квантовых вычислений) и кристаллы времени. Квантовые атмосферы в свой черед могут задержаться. Как думаете?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *