Ikki ziddiyatli kvant nazariyalarini birlashtirish: fiziklarning yangi kashfiyoti
Keling, sizga bir gapni honestlik bilan aytaman — bu xabar haqida birinchi marta o'qiganda, men bir necha marta sarlavhani qayta o'qishimga to'g'ri keldi. "Fiziklar ikkita qarama-qarshi kvant nazariyasini birlashtirdi"? Bu soha allaqachon yetarlicha g'alati narsalar bilan to'la, ammo bu safar qarama-qarshi tushunchalar birlashtirildi.
Aslida, javob juda qiziqarli va u chindan ham sodda bo'lgan bir narsaga bog'liq: kichkina zarracha zich kvant muhitida qanday harakat qiladi (yoki qilmaydi).
Kvant tirbandlik muammosi
Konsert zalida zich odamlar orasida yurishingizni tasavvur qiling. Oson, to'g'rimi? Endi o'zingizni bir elektron sifatida tasavvur qiling — boshqa elektronlar, protonlar va neytronlar okeanida suzib yuribsiz. Ana shunday edi, kvant fiziklari o'nlab yillar davomida aynan shuni o'rgandilar.
Uzoq vaqt davomida olimlar harakatchan zarrachalar uchun yaxshi ishlaydigan modelga ega edilar — ularga kvazizarrachalar deb nom berishgan. Bunga misol sifatida shuni tasavvur qiling: elektronlar oqimi ichida harakatlanayotganda, u boshqalarni itarboshlay olmaydi. Buning o'rniga, u atrofidagi kichik guruhni o'zi bilan birga sudrab yuradi — bu esa yagona katta zarracha singari harakat qiladi. Olimlar bu to'plamni Fermi polaroni deb atashadi va u ultratemperaturali atom gazlaridan tortib telefonlaringizdagi materiallargacha bo'lgan hamma narsani tushunish uchun asosiy vositaga aylandi.
Lekin shu erda ishlar g'alati tus ola boshladi.
Qimovchi jism
Oldingi model yana bir holatni — og'ir zarracha shu qadar og'irki, harakatlana olmasligi kerak bo'lgan vaziyatni — tushuntirib bera olmasdi.
Bu holda matematika g'alati bo'lib qoldi. Yaxshi kvazizarracha yaratish o'rniga, og'ir zarracha atrofdagi butun kvant tizimini barbod qilardi. To'lqin funksiyalari (kvant holatlarining matematik tavsifi) butunlay chalkashib ketardi — tasavvur qiling, kimdir tushunchali ob'ektni paydo qilib yubordi va kimdir qayerda raqsga tushishni bilmay qoldi.
Bu hodisaning dramatik nomi ham bor: Andersonning ortogonal fojeasi. Qandaydir falokat filmidan nusha bo'lib tuyuladi, shunday emasmi?
O'nlab yillar davomida fiziklar bu ikki holatni butunlay alohida olamlar sifatida ko'rishgan. Harakatchan zarracha? Kvazizarracha modelidan foydalan. Og'ir, qimirlamaydigan zarracha? Fojea ramkasini qo'lla. Ikkisi hech qachon uchrashmaydi.
Syujet burilishi: og'ir — bu mutlaqo tinch degani emas
Mana shu erda Geydelberg fiziklari o'zlarining "evrika" daqiqasini taqdim etishdi.
Jiddiy analitik usullardan foydalangan holda, ular "qimirlamaydigan" og'ir zarrachalar aslida mutlaqo tinch emasligini aniqlashdi. Ular shunchaki deyarli tinch. Va shu mingimillik harakat — bu jumboqqing yetishmayotgan qismi edi.
Atrofdagi kvant muhiti ushbu deyarli muzlashgan zarracha atrofida o'zgarishi bilan, kichkina harakatlar energetik bo'shliqni — tizim — hosil qiladi. Bu bo'shliq shunday bo'lishi kerak edi.
Buni shunday tasavvur qiling: yeragacha og'irlik tortishi kerak bo'lgan katta tosh... lekin u aslida mikroskopik tebrashmoqda va shu tebranishlar atrofida kichik raqs uchun joy ochishga yetadi.
Nima uchun bu sizga bog'liq
Sizning o'ylashingizni bilaman: "Zo'r ilm-fan, ammo menga nega kerak?"
Adolatli savol. Mana nega bu ko'rinishidan ko'ra muhimroq:
Birinchidan, endi kvant fizikasini kamroq bo'laklangan qiladigan yagonalashtirilgan doiraga ega bo'ldik. Bu o'nlab yillar davomida ikkita alohida model bilan ishlab kelgan nazariy fiziklar uchun katta voqea.
Lekin amaliy jihatdan? Professor Richard Shmidt — bu tadqiqot guruhining rahbari — aytishicha, bu ish ultratemperaturali atom gazlari, ikki o'lchovli materiallar va yangi yarim o'tkazgichlar bilan tajribalar uchun to'g'ridan-to'g'ri bog'liq. Bular keyingi avlod kvant texnologiyalarining asosiy bloklari hisoblanadi — yangi turdagi kvant kompyuterlaridan tortib, hali tasavvur qilmagan sensоrlar va materiallargacha.
Va rostini aytganda? Ikkita qarama-qarshi g'oyaning umumiy til topishi juda qoniqarli. Ko'pincha bo'linib ketgan dunyoda, fizika bizga eslatishi yoqimli: ko'rinishidagi ziddiyatlar ba'zan yaqinroq qarashni talab qiladi — va oshkor bo'ladiki, ular yashirin uyg'unlikka ega ekan.
Tadqiqot Geydelberg universitetining STRUCTURES Markazi va ISOQUANT Ilmiy hamkorlik markazi orqali amalga oshirildi va Physical Review Letters jurnalda chop etildi. Demak, bu nafaqat nazariy mashq — bu haqiqatan ham kvant fizikasi jamiyatida katta role o'ynayotgan, tekshirilgan va jiddiy ilmiy ish.
Kuzatib boraman, qayerda davom etishini. Keyingi ziyofatda aqlli ko'rinishni xohlasangiz: Fermi polaronidan tilak qiling, Andersonning ortogonal fojeasi haqida bilimdonlik qiling va ularning aloqasi "deyarli harakatsiz og'ir zarrachalar ichidagi kichik energetik bo'shliqlar" bilan bog'liqligini ta'kidleng. Ishonchim komil — bu suhbat g'olibi bo'lasiz.
Manba: ScienceDaily