فیزیکدانان فاز کوانتومی جدیدی از ماده را کشف کرده اند

دانشمندان مؤسسه علوم توکیو “ابر سیال فرمیونی ویژه” پایدار را کشف کرده اند – یک فاز کوانتومی جدید از ماده که در آن تکینگی های خاصی به نام نقاط ویژه یک ویژگی ذاتی خود حالت هستند. این کار در مجله Physical Review Letters (PRL) منتشر شد.

تحقیقات نویسندگان به سیستم‌های کوانتومی باز اختصاص دارد که در آن‌ها از دست دادن ذرات و عدم تقارن در جهت حرکت آنها می‌تواند رخ دهد. چنین سیستم هایی با مدل های غیر هرمیتی توصیف می شوند که در آنها قوانین معمول مکانیک کوانتومی نقض می شود. نقاط خاصی در آنها ظاهر می شود – حالت هایی که در آنها سطوح انرژی مربوطه و حالت های کوانتومی به طور همزمان ادغام می شوند. قبلاً اعتقاد بر این بود که چنین نقاطی فقط در مرزهای انتقال فاز ظاهر می شوند، مانند هنگام تخریب حالت ابر سیال.

فیزیکدانان نشان داده اند که اینطور نیست. با مطالعه یک نسخه غیر هرمیتی از مدل گرانشی هابارد با نقض قوام اسپین دوتایی، آنها یک فاز ابرسیال پایدار را کشف کردند که در آن ویژگی‌ها برای همیشه وجود دارند. به گفته رهبر پروژه و دانشیار آکیهیسا کوگا، این مرحله نه تنها با یک پارامتر مرتبه محدود مشخص می‌شود، بلکه با نقاط خاصی که در فضای تکانه ایجاد می‌شود، مشخص می‌شود که اساساً آن را از حالت‌های ابرسیال غیر هرمیتی شناخته شده قبلی متمایز می‌کند.

مکانیسم کلیدی شکل خاصی از پراکندگی است که در آن ذرات با چرخش مخالف ترجیح می دهند در جهات مختلف حرکت کنند. به جای از بین بردن جفت های کوپر، این چرخش ناهماهنگ وضعیت جدید را تثبیت می کند. محاسبات نشان داده اند که هندسه شبکه نقش تعیین کننده ای ایفا می کند: در یک شبکه مربعی، ابرسیالیت خاص حتی زمانی که جاذبه به طور خودسرانه ضعیف است رخ می دهد، در حالی که در یک شبکه مکعبی، اتلاف قوی می تواند آن را از بین ببرد. همچنین در فضای سه بعدی، نقاط خاصی خطوط و در دو بعد، نقاط ایزوله را تشکیل می دهند.

نویسندگان تاکید می‌کنند که فاز جدید به طور بالقوه در آزمایش‌هایی با گازهای اتمی فوق‌سرد مانند لیتیوم-6 یا پتاسیم-40 امکان پذیر است، جایی که می‌توان اتلاف ذرات را دقیقاً کنترل کرد. به گفته آکیهیسا کوگا، این کشف مسیر جدیدی را در مطالعه ماده کوانتومی غیرتعادلی با همبستگی قوی باز می کند و نشان می دهد که پراکندگی ممکن است دشمن نباشد، بلکه ابزاری برای تشکیل حالت های کوانتومی جدید باشد.

قبل از آن، مردم برای اولین بار می دانستند که واقعاً در داخل یک سیاهچاله چه اتفاقی افتاده است.