Моментът, в който законите на физиката си взимат почивка: в диаманта е открит феномен, който е убягвал на науката в продължение на един век
Ето го и мостът сред идеалния и действителния свят.
Международен екип от откриватели от Университета за просвета и технологии за първи път пробно откри специфичните точки на Дирак. Това достижение, разказано в списание Physical Review Letters, разкрива нови благоприятни условия за създаване на компютърни технологии от последващо потомство.
За да се осмисли откритието, е належащо да се схванат фундаменталните правила на квантовия свят. В класическата физика положението на частиците се характеризира с непрестанен набор от сили – те могат гладко да минават от едно енергийно положение в друго. В квантовата механика картината е друга: частиците могат да се намират единствено в избрани положения, като стъпала на стълба. При специфични условия няколко такива енергийни равнища могат да съвпаднат – това събитие се назовава дегенеративност.
В актуалната физика се преглеждат два типа процеси, разказани с разнообразни математически модели. Хермитианските системи (Hermitian systems) характеризират идеализирани затворени системи, в които силата се резервира без загуби. Нехерметианските процеси, в противен случай, регистрират действителното взаимоотношение с околната среда, в това число разсейването на силата и други естествени феномени.
В нехермитианските системи при избрани условия пораждат специфични точки – неповторими положения, при които сливащите се енергийни равнища демонстрират необикновени свойства. За повече от век проучвания учените са съумели пробно да фиксират единствено два типа такива положения. Те са открити в специфични материали – полуметалите на Дирак и Вейл, които демонстрират екзотични електронни свойства, дължащи се на характерната конструкция на енергийните зони.
Сега китайски експерти съумяха да открият и потвърдят съществуването на трети вид – специфичните точки на Дирак. Ръководителят на плана Син Жун изяснява: тези положения са неповторими с това, че съчетават характерностите на двата известни до момента типа. От точките на Дирак, следени в системите на Хермит, те са наследили специфичната симетричност на енергийните равнища. От класическите специфични точки на нехермитианските системи – способността да сливат положенията си.
За опита откривателите са употребявали диамантен кристал със специфични недостатъци – кухини, в които изчезналите въглеродни атоми са сменени с азотни атоми. Тези азотни вакуумни центрове са идеални квантови системи от атомен мащаб: техните положения могат да бъдат следени с най-висока акуратност благодарение на лазерно лъчение и микровълнови полета.
За да се основат условия за появяването на специфичните точки на Дирак, е създаден специфичен математически модел – нехермитиански хамилтониан. Той включва специфичен съставен елемент, оператора на квадрата на спина (Sz²), който е въведен в система от три равнища. Спинът е вътрешният подтик на частицата – квантова характерност, която няма аналог в класическата физика.
За да се осъществя теоретичният модел в опита, е прибавен новаторски способ на квантово уголемение, създаден от същата научна група. Този метод разрешава да се трансформира нехермитианска система в по-голяма хермитианска система, като се резервират всички значими физични свойства. Тази промяна дава опция да се измерят характерности, които не могат да се следят в истинската система.
Съществуването на сингулярната точка на Дирак беше доказано по два самостоятелни метода. Първо, те записаха годни лични стойности на силата наоколо до мястото – това значи, че системата остава постоянна макар нехермитианския си темперамент. Второ, те уловиха непосредствено дегенерацията на квантовите положения, където енергийните равнища се сливат по специфичен метод.
Уникалността на открития резултат се състои в това, че енергийният набор наоколо до точката остава годен, а не се усложнява, както е в тази ситуация с елементарните специфични точки. Това свойство разрешава адиабатна еволюция – плавна смяна на параметрите без внезапни скокове и загуби на сила.
Това е от фундаментално значение за проучването на геометричните етапи – фундаментални характерности, зараждащи вследствие на цикличните промени в параметрите на квантовата система.
Според откривателите тяхното изобретение може да бъде основа за основаването на по-съвършени устройства. Прецизният надзор върху положенията на микрокосмоса е нужен за използването на изчислителни логаритми и работата на високочувствителни измервателни устройства от ново потомство. В дълготраен проект това може да докара до основаването на по-мощни квантови компютри и свръхпрецизни квантови датчици.
