Лента TH Новости Глобальные вызовы


Исследователи воссоздали многочастичную систему с динамическими квантовыми фазовыми переходами

∴ 124

Группа исследователей из нескольких институтов в Германии и Австрии разработала средство для непосредственного наблюдения динамических квантовых фазовых переходов во взаимодействующей многочастичной системе. Команда описала создание уникальной ультрахолодной среды, позволяющей рассматривать квантовый фазовый переход.

Gsi Darmstadt Quantum Physics Particle Accelerator

Например, фазовые переходы заметны при образовании льда. Изменение температуры, на сегодняшний день, является самым распространенным фактором создания квантовых переходов. Но физики знают, что могут быть другие типы переходов, которые происходят из-за изменений в энергии, которые описываются принципом неопределенности Гейзенберга. Для проведения экспериментов, предназначенных для проверки таких переходов, исследователи обычно должны подвергать их температуре, близкой к абсолютному нулю, чтобы предотвратить возникновение помех от тепловых колебаний. В таких экспериментах время, а не температура, становится главным переходным фактором.

Еще в 2013 году группа теоретиков-физиков отметила, что есть сходство между оператором эволюции и функцией временных отрезков. Они показали, что роль, которую играла в эволюции термически изолированная квантовая система, была равна обратной температуре в системе, которая находилась при тепловом равновесии. Их расчеты показали, что квантовая система должна иметь возможность пройти через изменения состояния, которые по своей природе были похожи на фазовые переходы. В этой новой работе исследователи доказали, что эта теория верна, создавая модифицированную модель поперечного поля и манипулируя спином ионов, содержащихся в ультрахолодной среде.

Более конкретно, команда изучила спины из 10 ионов кальция-40, используя магнитное поле в морозильной камере, где температуры были уменьшены до почти абсолютного нуля. С самого начала все спины были откалиброваны и двигались в одном направлении. Затем команда случайным образом изменила спиновые состояния каждого из них, выведя систему из равновесия и наблюдая за результатом. В теории, система будет развиваться со временем до момента, когда все спины снова будут выровнены. Команда сообщает, что спины синхронизировались ровно в то время, которое было предсказано, подтверждая правильность теории.

Считается, что подтверждение теории приведет к лучшему пониманию поведения квантов и фазовых переходов в частности.

Филипп Дончев