«Kuantum atmosfer» sırlarını maddeler

Son birkaç yıldır bazı malzemeler çelik çokgenler fizikçiler için. Bu malzemeler için yapılmış özel bir şey, sıradan parçacıklar, proton, nötron ve elektronlar. Ama onlar sadece daha fazla sınıflar ve bunların parçaları. Bu malzemeleri bir dizi var, meraklı, özellikleri ve olaylar, ve hatta bazen yol fizikçiler yeni durumları madde — otel, katı, gaz ve sıvı, bildiğimiz bir çocukluk.

Bir tür malzeme özellikle umurumda fizikçiler, bu topolojik izolatör — ve, daha yaygın olarak, topolojik faz, teorik temelleri olan bir yol onları mucitler Nobel 2016 yılında. Yüzey topolojik yalıtkan elektron akışı sorunsuz ve içinde hareketsiz durmak. Yüzey gibi bir metal iletken, iç — seramik izolatör. Topolojik yalıtkanlar dikkatini çekti onun için alışılmadık bir fizik, hem de potansiyel uygulama kuantum bilgisayarlar ve sözde спинтронных cihazlar kullanan elektron spin ve onları şarj.

Böyle egzotik bir davranış değil her zaman açıktır. «Olamaz sadece söylemek inceleyerek, malzeme, geleneksel anlamda vardır, o da bu tür özellikleri ya da değil,» diyor Frank Вилчек, fizikçi, Massachusetts teknoloji enstitüsü, nobel ödüllü 2004 fizik.

Ne kuantum ortam?

Elde edilir, çok sayıda, görünüşte sıradan malzemeler içerebilir gizli, ama sıradışı ve belki de yararlı bir özellik. Son zamanlarda yayınlanan iş Вилчек ve Kin-Dong Zhang, fizikçi, Stockholm üniversitesi, teklif yeni bir yol keşfetmek gibi özellikleri inceleyerek, ince bir aura, çevreleyen malzeme. Onlar denilen kuantum bulacaksınız.

Bu ortamda olabilir tezahür bazı temel kuantum özelliklerini, malzeme, fizik, sonra ölçmek olabilir. Eğer bu doğrulanırsa deneyler, bu fenomen sadece biridir makroskopik bulgular kuantum mekaniği, diyor Вилчек, ama olacak güçlü bir araç için araştırma, yeni malzemelerin.

«Eğer bana sordu, olabilir mi böyle bir şey olabilirdi, ben derim ki, bu fikir boştur» diyor Taylor Hughes, kuramcısı yoğunlaştırılmış maddeler, Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign. Ve ekliyor: «Sanırım etkisi çok zayıf olacaktır». Onun yeni bir analiz, ancak, Zhang ve Вилчек hesapladık, ilke olarak, bir kuantum etkisi, atmosferik dahilinde olacak findable.

Ayrıca, notlar Вилчек, tespit gibi etkileri olabilir, yönetmek çok yakında.

etki Alanı

Kuantum atmosfer, açıklar Вилчек, bu ince bir alanı etkisi etrafında bir malzeme. Kuantum mekaniği gerekir ki, bir vakum değil, tamamen boş; dolu kuantum dalgalanmalar. Örneğin, eğer sen-ecek almak iki yüklü plakası ve onları yanında vakum, sadece kuantum dalgalanması ile dalga boyu daha kısa plakalar arasındaki mesafe mümkün sıkmak arasında. Ama açık ve пластинкам düşecek dalgalanmalar tüm dalga boylarında. Enerji dışarıdan daha çok içeride, neden olur, toplam güç сдавливать lamina birlikte. Bu Casimir etkisi, o da benzer bir etkisi kuantum bulunuyor, diyor Вилчек.

Tam olarak aynı plak hissediyor ve daha güçlü bir kuvvet yaklaşırken, farklı, iğne, sonda hissedeceksiniz etkisi kuantum birkaçı yaklaşırken, malzeme. «Bu sıradan bir atmosfer» diyor Вилчек. «Daha yakın, onunla daha fazla etkisi». Ve doğa bu etkileri bağlıdır kuantum özellikleri malzemenin kendisi.

Antimon görevi görebilir topolojik yalıtkan malzeme olarak işleyen bir izolatör her yerde buna bir yüzey.

Bu özellikleri çok farklı olabilir. Bazı malzemeler, hareket gibi ayrı evrenler ile fiziksel yasalar gibi gibi multiverse malzemeler. «Çok önemli bir fikir, modern yoğun madde fiziği şu ki, bizim emrinde var malzemeler — diyelim ki, topolojik izolatörler içinde geçerli olduğu farklı bir kurallar kümesi,» diyor Peter Armitage, fizikçi yoğun ortamlarda Johns Hopkins Üniversitesi.

Bazı malzemeler rolü manyetik kutuplar — nokta mıknatıslar ile kuzey kutbu, ama güney. Fizik de bulundu sözde квазичастицы ile kesirli elektrik yüklü ve квазичастицы olarak hareket eden özel anti-madde ve yetenekli bir yok edici.

Eğer benzer egzotik özellikleri var, diğer malzeme, onlar kendilerini ortaya kuantum ortamlarda. Olabilir açığa çıkarmak için bir dizi yeni özellik sadece sondalama makinesi, malzemeleri, diyor Вилчек.

Göstermek İçin bir fikir, Zhang ve Вилчек odaklı alışılmadık bir kural seti — аксионной elektrodinamik — bir görüntülenmesine neden olabilir benzersiz özellikleri. Вилчек geldi bu teori, 1987 yılında, göstermek için varsayımsal bir parçacık denilen axion olabilir ile etkileşim, elektrik ve manyetizma. (Bu fizik gelişmiş axion gidermek için, bir büyük fizik bulmaca: neden etkileşim içeren, güçlü gücü aynı kalır, eğer parçacıklar yerine anti ve yansıtmak için bir ayna tutarak, simetri şarj ve parite (CP-simetri). Bu güne kadar kimse bulamadı üstelik hiçbir geçim аксионов,gerçi çok uzun zaman önce onlara göründü artan bir ilgi olduğu gibi, adaylar bir karanlık madde var.

Olsa da, bu kural çalışmaz çoğu yerde Evrende, onlar oldukça tezahür malzeme içinde — böyle bir topolojik izolatör. «Elektromanyetik alanlar etkileşim bu yeni maddeler, topolojik kilit-ups, bu aslında aynı şey, sanki onlar ile etkileşim kurul аксионов» diyor Вилчек.

Kusurları elmas

Eğer böyle bir malzeme gibi topolojik izolatör, yasalarına tabi аксионной elektrodinamik, kuantum atmosfer ne tepki, ne onu geçer. Zhang ve Вилчек hesapladık, böyle bir etkisi olacak gibi tezahür, bir manyetik alan. Özellikle buldukları koyarsanız, belirli bir sistemi atomların veya moleküllerin atmosfer, kendi kuantum enerji seviyeleri değişmez. Bilim adamları ölçmek için değiştirme bu seviyeleri uygulaması ile standart laboratuvar yöntemleri. «Bu sıradışı, ama ilginç bir fikir,» diyor Armitage.

Böyle Bir potansiyel sistemleri — elmas prob ile sözde азото-замещенными boş (NV-merkezleri). NV-merkezi — bu tür bir kusur kristal yapısı elmas, ne zaman bir karbon atomu elmas yerine bir azot atomuna ve yere yakın азоту, boş kalır. Bir kuantum durumunda böyle bir sistemin hassasiyet sağlayan, NV-büyü katıyor hissediyorum, hatta en zayıf manyetik alanlar. Bu özellik, onları güçlü sensörler için kullanabileceğiniz gibi farklı amaçlar içinde jeoloji ve biyoloji.

«Bu güzel ilke kanıtı» diyor Hughes. Biri uygulamalar haline gelebilir haritası hazırlanması malzeme özellikleri. Kaydırarak NV-merkezi aracılığıyla malzeme gibi topolojik izolatör tespit olabilir nasıl değişir, özelliklerini, tüm yüzey üzerinde.

Bir Çalışma Zhang ve Вилчека, onlar dava Physical Review Letters, açıklar sadece kuantum atmosferik etkisi, elde edilen аксионной elektrodinamik. Belirlemek için başka hangi özellikleri etkiler atmosfer, diyor Вилчек, yapılması gereken diğer hesaplamalar.

Kırma simetri

özünde, özellikleri, ortaya kuantum makinesi, sunulan симметриями. Çeşitli aşamaları, madde ve özellikleri, onlara uygun, hayal şeklinde bir simetri. Katı kristal, örneğin, atomlar dizilmiş симметрическую bir kafes kayar veya döner oluşumu ile özdeş kristal düzenleri. Ne zaman onun ısı, iletişim yok, kılavuz yapısı схлопывается, malzeme kaybeder simetri olur sıvı bir anlamda.

Malzemeler bozabilir diğer temel simetri gibi simetri bir ters zaman, hangi gözlemler çoğu fizik yasaları. Olaylar başkaları varsa onları savuşturmak için bir ayna, ve ihlal simetri parite.

Eğer bu simetri bozulabilir malzeme, o zaman biz-ebil seyretmek, daha önce bilinmeyen faz geçişleri ve potansiyel olarak egzotik özellikleri. Материл belirli bir simetri bozuklukları neden olur aynı ihlali ve prob geçer kuantum rahat diyor Вилчек. Örneğin, madde, istediğiniz аксионной termodinamik ihlal simetri ve zaman, parite, ama birlikte bunları — hayır. Dokunmadan bir atmosferde malzeme, öğrenebilirsiniz, ihlal olup olmadığını simetri ve ölçüde.

«Bazı malzemeler gizem ihlal simetri, hangi biz bile bilmiyoruz ve hangi görmek için bekliyoruz,» diyor. «Onlar masum görünüyor, ama sırlarını gizlemek için».

Вилчек diyor zaten bir fikir tartışıldı ile экспериментаторами. Ayrıca, bu deneyler oldukça mümkün bile değil, yıllar boyunca, ama üzerinden haftalar ve aylar.

Her şey yolunda giderse, terim «kuantum atmosfer» bulacak kalıcı bir yer sözlüğünde fizikçiler. Daha önce Вилчек zaten geldi gibi terimler аксионы, anyon (квазичастицы yararlı olabilir için, kuantum hesaplama) ve kristaller zaman. Kuantum birkaçı da ayrılamıyorum.

Sizce? Söyle bizim