(Verreson et al., Nature Physics, 2019) Mikään ei kestä ikuisesti. Ihmiset, planeetat, tähdet, galaksit, ehkä jopa itse maailmankaikkeus, kaikella on viimeinen käyttöpäivä. Mutta asiat kvanttimaailmassa älä aina noudata sääntöjä . Tiedemiehet ovat havainneet sen kvasihiukkaset kvanttijärjestelmissä voisi olla käytännössä kuolematon.
Se ei tarkoita, etteivätkö ne rappeutuisi, mikä on rauhoittavaa. Mutta kerran nämä kvasihiukkaset omistaa rappeutuneena he pystyvät järjestäytymään uudelleen olemassaoloon, mahdollisesti loputtomiin.
Tämä näennäisesti lentää suoraan kasvot termodynamiikan toinen pääsääntö , joka väittää, että entropia eristetyssä järjestelmässä voi liikkua vain kasvavaan suuntaan: asiat voivat vain hajota, eivät rakentua uudelleen.
Tietysti kvanttifysiikka voi muuttua oudoksi sääntöjen kanssa; mutta edes kvanttitutkijat eivät tienneet kvasihiukkasten olevan outoja tällä erityisellä tavalla.
'Tähän asti oletus oli, että kvasihiukkaset vuorovaikutuksessa olevissa kvanttijärjestelmissä hajoavat tietyn ajan kuluttua.' sanoi fyysikko Frank Pollman Münchenin teknisestä yliopistosta kesäkuussa 2019.
'Tiedämme nyt, että asia on päinvastoin: vahva vuorovaikutus voi jopa pysäyttää rappeutumisen kokonaan.'
Kvasihiukkaset eivät ole hiukkasia, kuten yleensä ajattelemme niitä, kuten elektronit ja kvarkit. Pikemminkin ne ovat sähköisten tai magneettisten voimien aiheuttamia häiriöitä tai virittymiä kiinteässä aineessa, jotka yhdessä käyttäytyvät kuin hiukkaset.
Phonons - värähtelyenergian erilliset yksiköt, jotka värähtelevät atomeja esimerkiksi kidehilassa - luokitellaan usein kvasihiukkasiksi, kuten polaronit , elektronit loukkuun hilaan, jota ympäröi polarisaatiopilvi.
Tähän äskettäiseen tutkimukseen osallistuneet tutkijat kehittivät numeerisia menetelmiä näiden kvasihiukkasten monimutkaisten vuorovaikutusten laskemiseen ja suorittivat simulaatioita tehokkaalla tietokoneella tarkkaillakseen, kuinka ne hajoavat.
'Monimutkaisen simulaation tulos: tosin kvasihiukkaset hajoavat, kuinka uusia, identtisiä hiukkaskokonaisuuksia ilmaantuukin roskista.' sanoi fyysikko Ruben Verresen Münchenin teknillisessä yliopistossa ja Max Planckin kompleksisten järjestelmien fysiikan instituutissa.
'Jos tämä hajoaminen etenee hyvin nopeasti, tietyn ajan kuluttua tapahtuu käänteinen reaktio ja roskat lähentyvät jälleen. Tämä prosessi voi toistua loputtomasti, ja jatkuva värähtely rappeutumisen ja uudestisyntymisen välillä syntyy.
Ja fyysikot huomauttivat, että se ei riko toista lakia termodynamiikka kuitenkin. Tämä johtuu siitä, että värähtely on aalto, joka muuttuu aineeksi, joka kuuluu kvanttimekaanisen käsitteen piiriin. aalto-hiukkanen kaksinaisuus .
Niiden entropia ei vähene, vaan pysyy vakiona. Se on edelleen melko outoa, mutta ei fysiikkaa rikkovan outoa.
Itse asiassa löydös on ratkaissut muutaman muun pään raapimisen. Esimerkiksi, siellä on magneettinen yhdiste Ba3CoSbkaksiO9käytetään kokeissa, joiden on aiemmin havaittu olevan odottamattoman vakaa. Nyt näyttää siltä, että avain voisi olla sen sisältämät magneettiset kvasihiukkaset, nimeltään magnonit . Simulaation mukaan ne järjestäytyvät uudelleen hajoamisen jälkeen.
Toinen mahdollinen esimerkki on helium: siitä tulee resistanssiton superneste absoluuttisen nollan lämpötilassa, ja tämä erikoinen ominaisuus voidaan selittää sillä, että tämä kaasu on täynnä kvasihiukkasia ns. rotunda .
Tällä hetkellä työ on vain teoreettista, mutta tutkijat uskovat tämän kvasihiukkanen kuolemattomuus antaa sille vahvat mahdollisuudet pitkäkestoiseen tietojen säilytykseen kvanttilaskenta järjestelmät.
Tutkimus on julkaistu v Luonnon fysiikka .
Tämän artikkelin versio julkaistiin ensimmäisen kerran kesäkuussa 2019.