Просвещението
През последните няколко години някои материали се трансформирали в доказателство за физиците. Тези материали не били направени от нещо особено, а от елементарни частици, протони, неутрони и електрони. Тези материали имали цялостен набор от забавни свойства и феномени, а от време на време даже водели физиците до нови положения на материята – в допълнение към твърди, газообразни и течни положения, които познаваме от детството.
Напоследък физиците изключително се интересували от новия тип материал, а точно от топологичният изолатор. По повърхността на топологичният изолатор електроните текат гладко, само че вътре стоят неподвижно. Повърхността е като железен проводник, а от вътрешната страна е като керамичен изолатор. Топологичните изолатори са привлекли вниманието за своята необикновена физика, както и за евентуалните си приложения в квантовите компютри, които употребяват спина на електроните и техния заряд.
Това екзотично държание не постоянно е явно. „ Не можете просто да кажете това, като се има поради материал в обичайния смисъл, без значение дали има такива свойства или не “, споделя Франк Уилчек, физик от Масачузетския софтуерен институт и Нобелов лауреат по физика за 2004 година
Какво съставлява квантовата атмосфера?
Оказва се, че доста видимо елементарните материали могат да съдържат скрити, само че необикновени и вероятно потребни свойства. В неотдавна оповестена публикация, Vilchek и Kin-Dong Zhang, физик от Стокхолмския университет, предложили нов метод за проучване на такива свойства, а точно посредством проучването на фината аура, която заобикаля материала. Това свое проучване те го нарекли “квантова атмосфера “.
Тази атмосфера можела да разкрие някои от главните квантови свойства на материала, които физиците измервали по-късно. Ако бъде доказано от опитите, това събитие освен ще бъде една от дребното макроскопични прояви на квантовата механика, споделя Вилчек, само че също по този начин ще се трансформира и в мощен инструмент за проучването на новите материали.
„ Ако ме попитате дали може да се случи нещо сходно, бих споделил, че концепцията има смисъл “, споделя Тейлър Хюз, теоретик на кондензираната материя от Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн. Той прибавя още: “Предполагам, че резултатът ще бъде доста слаб. ” В новия си разбор обаче Джанг и Вилчек пресмятат, че по принцип квантовият атмосферен резултат ще бъде в границите на откриваемия диапазон.
Освен това, отбелязва Вилчек, може да бъде допустимо да се открият сходни резултати доста скоро.
Област на влияние
Квантовата атмосфера, изяснява Вилчек, е тънка зона на въздействие към материала. От квантовата механика следва, че вакуумът не е изцяло празен, а изпълнен с квантови съмнения. Например, в случай че вземете две незаредени плочи и ги поставите една до друга във вакуум, сред тях могат да се записват единствено квантови съмнения с дължини на вълните, по-къси от дистанцията сред плочите. Но извън съмненията на всички дължини на вълните ще падат върху плочите. Енергията извън ще бъде по-голяма, в сравнение с от вътрешната страна, което ще накара комбинираната мощ да притисне плочите дружно. Това е резултатът на Казимир и е сходен на резултата на квантовата атмосфера, споделя Вилчек.
Точно както плочата усеща по-силната мощ, когато се доближава до другата, по този начин и иглената сонда ще усети резултатите на квантовата атмосфера, когато се приближи до материала. „ Това е като естествена атмосфера “, споделя Вилчек. “Колкото по-близо сте до него, толкоз по-голямо е въздействието му. ” Естеството на това влияние зависи от квантовите свойства на самия материал.
Тези свойства могат да бъдат доста разнообразни. Някои материали работят като обособени вселени със личните си физически закони, като че ли са в мултивселената на материалите. „ Много значима концепция в актуалната физика на кондензираната материя е, че разполагаме с материали – да речем, топологични изолатори – в които има разнообразни набори от правила “, споделя Питър Армитаж, физик на кондензираната материя от университета „ Джон Хопкинс “.
Някои материали работят като магнитни монополи или по тъкмо казано точкови магнити със северен полюс, само че без южен полюс. Физиците са разкрили също по този начин наречените частични електрически заряди – квазичастици, които работят като лична антиматерия и са способни да се унищожат.
Ако сходни екзотични свойства съществуват и в други материали, то те могат да разкрият за квантовите атмосфери, цялостен куп нови свойства, споделя Вилчек.
За да показват концепцията си, Джанг и Вилчек се фокусирали върху необикновен набор от правила – аксионна електродинамика, която може да докара до неповторими свойства. Уилчек излезнал с тази доктрина още през 1987 година, с цел да показва, по какъв начин една хипотетична парченце, наречена аксион, може да си взаимодейства с електричеството и магнетизма. (Преди това физиците акцентират аксион, с цел да разрешат една от най-големите загадки на физиката, а точно за какво взаимоотношенията, включващи мощ, остават същите, в случай че частиците се заменят с античастици и се отразяват в огледало, запазвайки симетрията на заряда и паритета CP-симетрията).
Въпреки че тези правила няма да работят на множеството места във Вселената. „ Начинът, по който електромагнитните полета си взаимодействат в тези нови субстанции, (топологичните изолатори) е всъщност същият, както в случай че взаимодействат с сбирката от аксиони “, споделя Вилчек.
Дефекти в диамантите
Ако материал като топологичен изолатор се подчинява на законите на аксиалната електродинамика, неговата квантова атмосфера може да реагира на всичко, което го пресича. Джанг и Вилчек пресмятат, че сходен резултат ще бъде сходен на проявата на магнитното поле. По-специално, те разкрили, че в случай че поставите избрана система от атоми или молекули в атмосферата, техните квантови енергийни равнища се трансформират. Учените могат да мерят смяната в тези равнища, употребявайки общоприетите лабораторни способи. „ Това е необикновена, само че забавна концепция “, споделя Armitage.
Една от тези евентуални системи е диамантена сонда с по този начин наречените азотни (NV центрове). НВ центърът е тип недостатък в кристалната конструкция на диаманта, когато въглеродният атом на диаманта е сменен от азотен атом, а място покрай азота остава празно. Квантовото положение на такава система е мощно сензитивно, което разрешава на NV центровете да усещат и най-слабите магнитни полета. Това свойство ги прави мощни датчици, които могат да се употребяват за най-различните цели в геологията и биологията.
„ Това е ужасно кардинално доказателство “, споделя Хюз. Едно приложение би било да се картографират свойствата на материала. Чрез прекосяване на NV център през материал като топологичен изолатор може да се дефинира, по какъв начин неговите свойства се трансформират по цялата повърхнина.
Документът от Zhang и Vilchek, който те подават в Physical Review Letters, разказва единствено квантовото атмосферно въздействие, получено от аксионната електродинамика. За да се дефинира, какви други свойства въздействат на атмосферата, споделя Вилчек, би трябвало да се създадат други калкулации.
Нарушаване на симетрията
По създание свойствата, които разкриват квантовите атмосфери, са показани от симетрии. Различните етапи на веществото и свойствата, които им подхождат, могат да бъдат показани под формата на симетрии. Например в твърдия кристал атомите са подредени в симетрична решетка, която се измества или върти, с цел да образува идентични кристални модели. Когато го загреете, връзките се скъсват, структурата на решетката се срутва, а материалът губи симетрията си и става течен в прочут смисъл.
Материалите могат да нарушат други съществени симетрии, като реципрочната симетричност на времето, на която се подчиняват множеството закони на физиката. Явленията могат да бъдат разнообразни, в случай че ги отразявате в огледало и нарушавате симетрията на паритета.
Ако тези симетрии могат да бъдат нарушени в материала, тогава бихме могли да следим незнайни до момента фазови преходи и евентуално екзотични свойства. Материалът с избрани разбивки на симетрията ще докара до сходни сривове в сондата, която пътува през квантовата атмосфера, споделя Вилчек. Например във вещество, което следва аксионната термодинамика, симетриите както на времето, по този начин и на паритета са нарушени, само че в композиция не са. Докосвайки атмосферата на даден материал, можете да разберете дали той нарушава симетрията и доколко.
Вилчек споделя, че към този момент е разискал концепцията с експериментаторите. Освен това тези опити са изцяло осъществими, като тук приказваме не за години, а за седмици или месеци.
Ако всичко се получи, терминът „ квантова атмосфера “ ще откри непрекъснато място в речника на физиците. По-рано Уилчек към този момент е измислил термини като аксиони, аниони (квазичастици, които могат да бъдат потребни за квантовите изчисления) и времеви кристали. Квантовата атмосфера също може да се задържи.
Благодарим Ви, че прочетохте тази публикация. няма за цел да промени вашата позиция. Дали ще повярвате на тази публикация или не, това е ваш избор! Не забравяйте да ни последвате в обществените мрежи!
