Квантовая атмосфера может раскрыть секреты вещества
За последние несколько лет некоторые материалы стали полигонами для физиков. Эти материалы не то чтобы сделаны из чего-то особенного — обычные частицы, протоны, нейтроны и электроны. Но они больше, чем просто сумма их частей. Эти материалы имеют целый набор любопытных свойств и явлений, а иногда даже приводили физиков к новым состояниям материи — помимо твердого, газообразного и жидкого, которые мы знаем с детства.
Один из видов материала, который особенно волнует физиков, это топологический изолятор — и, более широко, топологические фазы, теоретические основы которых привели их изобретателей к Нобелевской премии в 2016 году. На поверхности топологического изолятора электроны текут плавно, а внутри стоят неподвижно. Поверхность как у металлического проводника, а внутренность — как у керамического изолятора. Топологические изоляторы привлекли внимание за свою необычную физику, равно как и за потенциальное применение в квантовых компьютерах и так называемых спинтронных устройствах, которые используют спин электронов и их заряд.
Такое экзотическое поведение не всегда очевидно. «Нельзя просто так сказать, рассматривая материал в традиционном смысле, обладает он такого рода свойствами или нет», говорит Франк Вилчек, физик из Массачусетского технологического института, нобелевский лауреат 2004 года по физике.
Что еще за квантовая атмосфера?
Получается, множество, казалось бы, обычных материалов могут содержать скрытые, но необычные и, возможно, полезные свойства. В недавно опубликованной работе Вилчек и Кин-Донг Чжан, физик из Стокгольмского университета, предложили новый способ исследовать такие свойства: изучая тонкую ауру, которая окружает материал. Они назвали ее квантовой атмосферой.
В этой атмосфере могли бы проявиться некоторые фундаментальные квантовые свойства материала, которые физики затем могли бы измерить. Если это подтвердится экспериментами, это явление не только будет одним из немногих макроскопических проявлений квантовой механики, говорит Вилчек, но и станет мощным инструментом для исследования новых материалов.
«Если бы вы спросили меня, может ли что-нибудь подобное произойти, я бы сказал, что эта идея не лишена смысла», говорит Тейлор Хьюз, теоретик конденсированного вещества из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. И добавляет: «Предполагаю, что эффект будет очень слабым». В своем новом анализе, однако, Чжан и Вилчек рассчитали, что в принципе квантовый атмосферный эффект будет в пределах обнаружимого. Более того, отмечает Вилчек, обнаружить такие эффекты, возможно, удастся очень скоро.
Зона воздействия
Квантовая атмосфера, объясняет Вилчек, это тонкая зона влияние вокруг материала. Из квантовой механики следует, что вакуум не является совершенно пустым; он наполнен квантовыми флуктуациями. Например, если вы возьмете две не заряженные пластинки и поместите их рядом в вакуум, только квантовые флуктуации с длиной волны короче чем расстояние между пластинками смогут втиснуться между ними. Но снаружи по пластинкам будут попадать флуктуации всех длин волн. Энергия снаружи будет больше, чем внутри, что приведет к тому, что совокупная сила будет сдавливать пластинки вместе. Это эффект Казимира, и он похож на воздействие квантовой атмосферы, говорит Вилчек.
Точно так же, как пластинка ощущает более сильную силу, приближаясь к другой, игольчатый зонд будет ощущать воздействие квантовой атмосферы, приближаясь к материалу. «Это как обычная атмосфера», говорит Вилчек. «Чем ближе вы к ней, тем больше ее воздействие». И природа этого воздействия зависит от квантовых свойств самого материала.
Эти свойства могут быть самыми разными. Некоторые материалы действуют как отдельные вселенные со своими физическими законами, словно находятся в мультивселенной материалов. «Очень важная идея в современной физике конденсированных сред такова, что в нашем распоряжении есть материалы — скажем, топологические изоляторы — внутри которых действует разный набор правил», говорит Питер Армитаж, физик конденсированных сред из Университета Джона Хопкинса.
Некоторые материалы выступают в роли магнитных монополей — точечных магнитов с северным полюсом, но без южного. Физики также обнаружили так называемые квазичастицы с дробным электрическим зарядом и квазичастицы, которые выступают в роли собственной антиматерии и способны аннигилировать.
Если бы подобные экзотические свойства существовали у других материалов, они могли бы раскрыть себя в квантовых атмосферах. Можно было бы раскрыть целый набор новых свойств просто зондируя атмосферы материалов, говорит Вилчек.
Чтобы продемонстрировать свою идею, Чжан и Вилчек сосредоточились на необычном наборе правил — аксионной электродинамике — который может приводить к появлению уникальных свойств. Вилчек пришел к этой теории в 1987 году, чтобы продемонстрировать, как гипотетическая частица под названием аксион могла бы взаимодействовать с электричеством и магнетизмом. (До этого физики выдвигали аксион для решения одной из величайших загадок физики: почему взаимодействия с участием сильной силы остаются прежними, если частицы заменить античастицами и отражать в зеркале, сохраняя симметрию заряда и четности (CP-симметрия). До этого дня никто не нашел никаких подтверждений существованию аксионов, хотя не так давно к ним появился повышенный интерес как к кандидатам в темную материю.
Хотя эти правила не будут работать в большинстве мест во Вселенной, они вполне себе проявляются внутри материала — такого как топологический изолятор. «То, как электромагнитные поля взаимодействуют в этих новых веществах, топологических изоляторах, это по сути то же самое, как если бы они взаимодействовали с собранием аксионов», говорит Вилчек.
Дефекты в алмазах
Если такой материал, как топологический изолятор, подчиняется законам аксионной электродинамики, его квантовая атмосфера может реагировать на все, что ее пересекает. Чжан и Вилчек рассчитали, что такой эффект будет подобен проявлению магнитного поля. В частности, они обнаружили, что если вы поместите определенную систему атомов или молекул в атмосферу, их квантово-энергетические уровни изменятся. Ученые могут измерить изменение этих уровней с применением стандартных лабораторных методов. «Это необычная, но интересная идея», говорит Армитаж.
Одна из таких потенциальных систем — алмазный зонд с так называемыми азото-замещенными вакансиями (NV-центрами). NV-центр — это своего рода дефект в кристаллической структуре алмаза, когда атом углерода алмаза замещается атомом азота, а место, близкое к азоту, остается пустым. Квантовое состояние такой системы высокочувствительное, что позволяет NV-центрам чувствовать даже самые слабые магнитные поля. Это свойство делает их мощными датчиками, которые можно использовать для самых разных целей в геологи и биологии.
«Это прекрасное доказательство принципа», говорит Хьюз. Одним из применений могло бы стать составление карты свойств материала. Проводя NV-центр через материал вроде топологического изолятора, можно было бы определить, как меняются его свойства по всей поверхности.
Работа Чжана и Вилчека, которую они подали в Physical Review Letters, описывает только квантовое атмосферное влияние, полученное из аксионной электродинамики. Чтобы определить, какие еще свойства воздействуют на атмосферу, говорит Вилчек, нужно проделать другие расчеты.
Нарушая симметрию
В сущности, свойства, которые раскрывают квантовые атмосферы, представлены симметриями. Различные фазы вещества, и свойства, которые им соответствуют, можно представить в форме симметрий. В твердом кристалле, например, атомы выстроены в симметрическую решетку, которая сдвигается или вращается с образованием идентичных кристаллических схем. Когда вы ее нагреваете, связи разрушаются, решетчатая структура схлопывается, материал теряет свою симметрию и становится жидкостью в некотором смысле.
Материалы могут нарушать другие фундаментальные симметрии, такие как симметрия обратного времени, которую соблюдает большинство законов физики. Явления могут другими, если отражать их в зеркале, и нарушать симметрию четности.
Если эти симметрии могут нарушаться в материале, то мы могли бы наблюдать ранее неизвестные фазовые переходы и потенциально экзотические свойства. Материл с определенными нарушениями симметрий будет вызывать такие же нарушения и в зонде, который проходит через квантовую атмосферу, говорит Вилчек. Например, в веществе, которое следует аксионной термодинамике, нарушены симметрии и времени, и четности, но в сочетании их — нет. Прикасаясь к атмосфере материала, вы можете узнать, нарушает ли она симметрию и в какой степени.
«Некоторые материалы будут тайна нарушать симметрии, о которых мы даже не знаем и которых не ожидаем увидеть», говорит он. «Они будут казаться невинными, но скрывать свои секреты». Вилчек говорит, что уже обсудил идею с экспериментаторами. Более того, эти эксперименты вполне осуществимы, даже и не через годы, но через недели и месяцы.
Если все получится, термин «квантовая атмосфера» найдет постоянное место в лексиконе физиков. Раньше Вилчек уже придумал такие термины, как аксионы, анионы (квазичастицы, которые могут быть полезными для квантовых вычислений) и кристаллы времени. Квантовые атмосферы тоже могут задержаться.
Источник
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
МЕНЮ
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - ...
Последние аномальные новости

Военные хотят ИИ, который будет играть не по правилам

Высокоэнергетические частицы могут бомбардировать экзопланеты

Двухметровое существо вынырнуло из озера в Гуанчжоу

Женщина родила семерню

Записка из аномальной зоны вернулась к автору через 10 лет

Излучение мобильников превращает людей в зомби

Как повысить IQ с помощью музыки

Киборгизация и вечная молодость

Красный НЛО замечен у побережья Филиппин

Куда ведут таинственные следы жертв Чивруайской трагедии

Мужчина вознамерился оплодотворить 2500 женщин

Нечто кричало как банши на кукурузном поле

НЛО заметили над Нью-Джерси

Нью-Йорк начал проваливаться в Ад

Открыли инфоцентр для любителей дольменов Адыгеи

Падение НЛО сняли над Ростовом

Прорицатель назвал дату конца света

Пугающие предсмертные истории

Ребенок родился с полноценным зубом

Россияне обеспокоены природными аномалиями

Самые мистические места Украины

Сборник о призраках и полтергейстах составили в Бурятии

Собака погибшего в футболиста пришла на похороны хозяина

Странное зарево над Британией озадачило уфологов

Существо на кукурузном поле

Тайна чивруайской трагедии. У погибших не было глазниц

Тварь на кукурузном поле

Трубные звуки донеслись с неба над США

Уфологи боятся слива важной информации от Кати Лель

Фермер нашел гигантское яйцо под курицей

Использование мартингейла в торговле бинарными опционами

Казино Фараон ждет вас

Плей Фортуна - игровой зал, который невозможно обойти

Возле Стоунхенджа нашли портал в другое измерение

Добровольцев распяли на кресте для проверки подлинности Туринской плащаницы

Загадочный петроглиф нашли у Магнитогорска

Индия - родина магии

Космическая яхта Селена будет построена в России

Летающая тарелка пролетела рядом с МКС

Места посадки НЛО обнаружены в Аргентине

Названа стоимость билета на Марс

Нибиру покажется сказкой после Немезиды

Нибиру сотрет нас в пепел 23 февраля

НЛО зафиксирован в небе Турции

НЛО маскировались под звезды над Флоридой

Полиция заявила об НЛО над Австралией

Почему инопланетяне похищают экстрасенсов

Срочная новость от инопланетян

Студентка легла спать с головной болью, а проснулась мамой

Трагедия на перевале Дятлова

Третья мировая война уже близко

Что нужно человечеству, чтобы обосноваться в космосе

Шустрый НЛО пролетел над Швейцарией

Выводы шведов о гибели группы Дятлова поставили под сомнение

Живая изгородь выросла на Солнце

Жители поселка 17 лет страдают от невыносимого запаха

Забытые технологии древних цивилизаций

Загадочный зверь за зиму убил 40 коров

Зеленый метеорит снова упал в Атлантике

Зловещий дом в Резеде

Китайские академики открыли Столпы Земли

Мистическая картина Старый рыбак

На жителя Южной Каролины напала огромная черная кошка

Нехороший дом Марка Твена в Нью-Йорке

Новый ИИ напугал его разработчиков

Посланцев с Нибиру заметили на Земле

Почему мы воспринимаем только четыре измерения

Раскрыты новые угрозы от секс-роботов

Родинки как знаки судьбы

Розовый окрас неба по всей планете пугает людей

Странные звуки напугали жителей Иллинойса

Страшный дом в Балтиморе

Тайна корабля с мертвым экипажем

Без помощи инопланетного разума человечество скоро погибнет

Впервые заметили столкновение экзопланет

Вход в логово инопланетян нашли в Испании

Герои мистических историй

Главный секрет Солнечной системы не раскрыт

Жуткая паранормальщина в доме

Загадка Голиафа. Откуда пришел воин Библии

Звезда сериала Гадалка. Я осторожно отношусь к экстрасенсам

Звезды Битвы экстрасенсов вступили в борьбу с полтергейстом

Зеленая свастика появилась над Израилем

Земля погибла и теперь мы живем в Матрице

Камеры МКС периодически фиксируют НЛО

Канал Discovery съездил на перевал Дятлова для съёмок фильма

Крушение НЛО в Варжинье

Лабораторию инопланетян нашли в руинах пирамиды

Лучшие фильмы о путешествиях во времени

Микробы могут уничтожить знаменитый Мачу-Пикчу

Нечистая сила по-японски

Нечто живое ползет за марсоходом

Нибиру заставит людей потерять позитивные чувства

Нибиру спровоцировала сдвиг тектонических плит на Земле

НЛО пролетел у Ниагарского водопада

Останки загадочного животного нашли в Узбекистане

Призрак женщины ночами являлся девочке

Пришельцы начинают вторжение на Землю с России

Пришельцы рисуют круги и на снегу

Свидетельство канадца Михалака о контакте с НЛО

Сериал 'Проект Синяя книга' ищет инопланетян

Тургруппа Дятлова. Тайны и версии спустя 60 лет

У России есть галлюциногенное оружие

Купить вагинальный стимулятор по доступной цене

Полезные советы по выбору компьютерного стола

Аномальные огни над аэропортом Лиссабона

Аномальные явления в английском пабе

Атлантиду нашли у берегов Испании

Восемь крутых мест для марсианского туризма

Вычислили вероятность встретить двойника

Житель Сызрани заявил о неоднократных наблюдениях НЛО

Жительница Голландии наблюдала за двумя падающими НЛО

Зуб мегалодона нашли на Марсе

Инопланетяне неспроста отправили корабль в Розуэлл

Истребитель преследует летающую тарелку над Нью-Джерси

Какими суперсилами обладают люди

Клуб Адского Огня, практикующий оргии и человеческие жертвоприношения

Нашли пещеру с сотнями знаков-оберегов от злых духов

Необычный объект над Канадой

Нибиру тащит ненависть к Земле из тёмного прошлого Вселенной

НЛО - корабли древней земной расы

НЛО над китайской военной школой

НЛО разбился в горах Антарктиды

Нырнул в бассейн ... очнулся виртуозным музыкантом

Осетр-гигант пойман в США

Певец Юрий Лоза поддержал заявление Кати Лель об инопланетянах

Редчайшую белку-альбиноса сняли на камеру

Самые глупые и неправдивые предсказания

Скорость эволюции темной материи удивила астрономов

Собака-мутант с жутким вторым ртом

Таинственные запуски ракет

Телесюжеты о мистическом Алтае

Три НЛО над лесом в Орегоне

Шведская экспедиция отправилась к перевалу Дятлова

Этны замечены в Китае

Больная женщина родила здоровых близнецов

Впервые внедрили бионическое сердце с беспроводной зарядкой

Женщина приехала в больницу с болью в животе, а ушла с ребенком

Загадочный скелет нашли в египетской пирамиде

Землю убьет сгусток энергии, выброшенный черной дырой

Катя Лель рассказала, как выглядят инопланетяне

Корабль инопланетян пролетел возле МКС

Красноярский геолог открыл новый минерал

Кто из молодых станет супердолгожителем

Кто-то поджег небо над Екатеринбургом

Люди были созданы как хранилища данных инопланетян

Много людей верит в экстрасенсорные способности

Названа причина отупения людей

Названы самые загадочные места России

НЛО в форме пирамиды пролетел над Мехико

Ныряльщик встретил десятиметрового морского змея

Обезьяна похитила ребенка и отказалась его отдавать

Одержимая девушка заразила 13 своих подруг

Озёра жидкой воды на Церере могут существовать миллионы лет

Пациентка написала 4972 письма пластическому хирургу

Певец погрузился в тему НЛО и паранормальных явлений

Плазмоид заметили в батутном парке

Проект Mars One. Не спешите нас хоронить

Решена загадка продления жизни сном

Россия показала уникальный розовый бриллиант

Серия фильмов о Гарри Поттере получит продолжение

Солнечное гало в Британской Колумбии

Счастливые числа покойного отца принесли выигрыш в лотерее

Тайна гибели группы Дятлова. Есть одна правдоподобная версия

Телепортация в китайской провинции Цзилинь

Игровые автоматы казино Super-Slots

Близится конец света. Рухнул священный Мамврийский дуб

Болид пролетел над Кемерово

В Африке впервые за 100 лет запечатлели черного леопарда

ВВС США намерены оснастить истребители лазерным оружием

Вспышки света и странный гул в районе Сиэтла

Выдвинута основная версия гибели группы Дятлова

Дата 14 февраля 2019 года станет роковой для человечества

Девушка влюбилась в зомби-куклу

Жуткие облака над Этной предвещают Апокалипсис

Загадочный Канделябр Паракаса

ИИ поможет определять гостиничные номера, в которых укрывают детей

ИИ продемонстрировал ту же точность, что и опытные врачи

Искусственному интеллекту доверят бороться с Россией

Магазин продает детские скелеты, части тел и куски плоти

Мегалиты Европы берут начало из одного региона

НЛО устроили световое шоу над Манхэттеном

Новые подробности в деле о трагедии группы Дятлова

Озеро на Марсе указало на вулканическую активность

Подтвердили падение метеорита на Кубани

Почему молчат инопланетяне

Подписка на новости сайта
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика