Οι φυσικοί δείχνουν ότι η τυποποιημένη θεωρία «quasiparticle» καταρρέει στο «Quantum Critical Point»
Τα quasiparticles είναι οιονεί ερεθιστικά διεγέρσεις που μπορούν να υπάρχουν σε ορισμένα υλικά σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Είναι σαν πραγματικά σωματίδια, αλλά δεν είναι κατασκευασμένα από την ύλη. Αντ 'αυτού, αποτελούνται από ενέργεια και ορμή.
Η τυποποιημένη θεωρία των quasiparticle βασίζεται στην υπόθεση ότι τα quasiparticles είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους. Ωστόσο, η νέα μελέτη δείχνει ότι αυτή η υπόθεση καταρρέει σε ένα κβαντικό κρίσιμο σημείο. Ένα κβαντικό κρίσιμο σημείο είναι ένα σημείο στο διάγραμμα φάσης ενός υλικού όπου οι ιδιότητες του υλικού αλλάζουν δραστικά.
Τα ευρήματα της μελέτης θα μπορούσαν να έχουν συνέπειες για την ανάπτυξη νέων κβαντικών τεχνολογιών. Για παράδειγμα, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν qubits για την αποθήκευση πληροφοριών. Τα qubits είναι κατασκευασμένα από quasiparticles. Η νέα μελέτη υποδηλώνει ότι η συμπεριφορά των qubits θα μπορούσε να επηρεαστεί από κβαντικά κρίσιμα σημεία. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων κβαντικών υπολογιστών που είναι πιο ισχυροί και αποτελεσματικοί.
Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Physics.
φόντο
Στην κβαντική μηχανική, ένα quasiparticle είναι ένα αντικείμενο που μοιάζει με σωματίδια που μπορεί να υπάρχει σε μια θεωρία κβαντικού πεδίου. Τα quasiparticles δεν είναι πραγματικά σωματίδια, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν τη συμπεριφορά πραγματικών σωματιδίων σε ορισμένες καταστάσεις.
Για παράδειγμα, στη θεωρία της υπεραγωγιμότητας, τα quasiparticles που ονομάζονται φωνόνια χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τις δονήσεις των ατόμων σε ένα υπεραγωγό. Αυτές οι δονήσεις είναι υπεύθυνες για την ικανότητα του υπεραγωγού να διεξάγει ηλεκτρική ενέργεια χωρίς αντίσταση.
Ένα άλλο παράδειγμα quasiparticles είναι η οπή των ηλεκτρονίων. Μια οπή ηλεκτρονίων είναι ένα quasiparticle που αντιπροσωπεύει την απουσία ενός ηλεκτρονίου σε ημιαγωγό. Οι οπές ηλεκτρονίων μπορούν να κινηθούν μέσω ενός ημιαγωγού ακριβώς όπως τα πραγματικά ηλεκτρόνια και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ηλεκτρονικών συσκευών όπως τρανζίστορ.
Τα quasiparticles είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την κατανόηση της συμπεριφοράς των υλικών σε κβαντικό επίπεδο. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν μια μεγάλη ποικιλία φαινομένων, συμπεριλαμβανομένης της υπεραγωγιμότητας, της υπερφυσότητας και του μαγνητισμού.
Κβαντικά κρίσιμα σημεία
Ένα κβαντικό κρίσιμο σημείο είναι ένα σημείο στο διάγραμμα φάσης ενός υλικού όπου οι ιδιότητες του υλικού αλλάζουν δραστικά. Σε ένα κβαντικό κρίσιμο σημείο, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων στο υλικό γίνονται τόσο ισχυρές ώστε η συμπεριφορά του υλικού δεν μπορεί πλέον να περιγραφεί από τους τυπικούς νόμους της φυσικής.
Τα κβαντικά κρίσιμα σημεία είναι ενδιαφέροντα επειδή μπορούν να δώσουν μια εικόνα για τη θεμελιώδη φύση της ύλης. Μελετώντας τα κβαντικά κρίσιμα σημεία, οι φυσικοί μπορούν να μάθουν περισσότερα για τις δυνάμεις που συγκρατούν τα άτομα μαζί και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων.
Τα κβαντικά κρίσιμα σημεία είναι επίσης σημαντικά για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών. Για παράδειγμα, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν κβαντικά κρίσιμα σημεία για να εκτελέσουν ορισμένους υπολογισμούς πολύ πιο γρήγορα από τους κλασσικούς υπολογιστές.
Η νέα μελέτη
Στη νέα μελέτη, οι φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkeley, μελέτησαν τη συμπεριφορά των quasiparticles σε ένα κβαντικό κρίσιμο σημείο. Διαπίστωσαν ότι η τυποποιημένη θεωρία των quasiparticle καταρρέει σε ένα κβαντικό κρίσιμο σημείο.
Αυτό το εύρημα αμφισβητεί την τρέχουσα κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα υλικά συμπεριφέρονται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και θα μπορούσαν να έχουν συνέπειες για την ανάπτυξη νέων κβαντικών τεχνολογιών.
Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Physics.
