|
Физики соединяют миры квантовой материи
|
|
|
|
Новая единая теория связывает две фундаментальные области современной квантовой физики: она объединяет два противоположных взгляда на то, как ведет себя отдельная экзотическая частица в системе из многих тел, а именно как подвижная или статическая примесь среди большого числа фермионов, так называемое море Ферми.
|
|
|
|
Эта новая теоретическая основа была разработана в Институте теоретической физики Гейдельбергского университета. Он описывает возникновение так называемых квазичастиц и устанавливает связь между двумя различными квантовыми состояниями, что, по мнению гейдельбергских исследователей, будет иметь далеко идущие последствия для современных экспериментов с квантовой материей.
|
|
|
|
Противоположные модели поведения примесей
|
|
|
|
В квантовой физике многих тел преобладают различные взгляды на то, как примеси, то есть экзотические электроны или атомы, ведут себя среди множества других частиц. Согласно общепринятой модели квазичастиц, отдельная частица движется через море фермионов, таких как электроны, протоны или нейтроны, и взаимодействует со своими соседями. Он увлекает за собой окружающие частицы, образуя новый сложный объект, известный как полярон Ферми, квазичастицу, которая ведет себя как отдельная частица, но возникает в результате скоординированного движения примеси и взаимодействующих с ней частиц.
|
|
|
|
|
|
|
Как объясняет Ойген Дизер, докторант Института теоретической физики Гейдельбергского университета, квазичастичная модель стала краеугольным камнем для понимания сильно взаимодействующих систем, от холодных атомарных газов до твердотельной и ядерной материи.
|
|
|
|
В отличие от этого, существует явление, известное как катастрофа ортогональности Андерсона. Это происходит, когда примеси чрезвычайно тяжелы и практически неподвижны, что резко меняет систему из многих тел. Волновые функции фермионов изменяются настолько сильно, что они полностью теряют свой первоначальный характер и образуют сложный фон, который препятствует скоординированному движению и, следовательно, появлению квазичастиц.
|
|
Появляется новая теоретическая основа
|
|
|
|
На протяжении десятилетий физикам не хватало теории, связывающей эти два состояния. С помощью различных аналитических методов гейдельбергским исследователям удалось согласовать эти два описания подвижных и статических примесей в квантовых системах. Их статья опубликована в Physical Review Letters.
|
|
|
|
"Разработанная нами теоретическая основа объясняет, как квазичастицы возникают в системах с чрезвычайно высоким содержанием примесей, соединяя две парадигмы, которые долгое время рассматривались по отдельности", - объясняет Дизер, член рабочей группы по квантовой теории материи, возглавляемой профессором доктором Ричардом Шмидтом.
|
|
|
|
В основе новой теории лежит открытие, что даже очень тяжелые примеси совершают незначительные перемещения, когда их окружающая среда приспосабливается. Это создает энергетический разрыв, позволяющий квазичастицам выделяться из сложного, сильно коррелированного фона. Гейдельбергские исследователи показали, что этот механизм естественным образом объясняет переход от так называемых поляронных состояний к молекулярным квантовым состояниям.
|
|
Значение для будущих исследований и экспериментов
|
|
|
|
По словам проф. Шмидт, эти последние результаты исследований дают мощное описание примесей, которое может быть распространено на различные пространственные измерения и различные типы взаимодействий. "Наши исследования не только расширяют теоретическое понимание квантовых примесей, но и имеют непосредственное отношение к текущим экспериментам с ультрахолодными атомарными газами, двумерными материалами и новыми полупроводниками", - добавляет гейдельбергский физик.
|
|
|
|
Источник
|
