Kegle eller kolbe? Formen, der registrerer indespærring

I fysikken, indespærring af partikler er et så vigtigt fænomen, at Clay Mathematics Institute endda har givet en pris på en million dollars til alle, der kan give en overbevisende og udtømmende videnskabelig forklaring fra et matematisk synspunkt. For eksempel, kvarkerne er begrænset i par eller tre af den stærke vekselvirkning- den kraft, der holder atomernes kerner sammen- udgør neutroner og protoner. En nylig undersøgelse på SISSA tilføjer et nyt kapitel til det, vi ved om indespærring. Ved hjælp af en relativt enkel metode, det er blevet vist, hvordan man afgør, om, i et system med ferromagnetiske egenskaber, de nye "partikler" er underlagt indeslutning. Undersøgelsen blev offentliggjort i Naturfysik .

Stærk interaktion er en af ​​fysikkens fire grundlæggende kræfter, den mest intense af dem er den, der holder kernen i et atom sammen. "Vi kan sige, at denne kraft er grunden til, at vi eksisterer, da uden det ingen af ​​de elementer, der består os, ville eksistere, "vittigheder Pasquale Calabrese, Teoretisk fysiker ved International School for Advanced Studies (SISSA) i Trieste, der koordinerede det nye studie. Denne stærke interaktion får kvarker til at forblive "begrænset", så det er umuligt at observere dem isoleret under normale forhold i naturen. "Det er som om disse grundlæggende partikler blev forbundet med fjedre:jo mere du trækker dem fra hinanden, jo mere de forsøger at komme tættere på hinanden, "siger Calabrese." Faktisk, dette fænomen eksisterer ikke kun for elementarpartikler, som i eksemplet med kvarker, men også i modeller af statistisk fysik og kondenseret stof, som var genstand for den undersøgelse, vi gennemførte i samarbejde med universitetet i Budapest. "

I deres forskning, Calabrese og kolleger, herunder SISSA -forsker Mario Collura, formuleret en forudsigelse for opførsel af et ferromagnetisk system drevet væk fra dets termodynamiske ligevægt. "Indtil nu var disse systemer blevet undersøgt i en ligevægtstilstand, men vi vidste ikke, hvad der ville ske, hvis vi bevæger os væk fra det ", siger forskeren.

Systemet undersøgt af Calabrese er en "spin -kæde" i en ferromagnetisk tilstand. "Spinnet" er som en mikroskopisk magnet og kan repræsenteres af en pil. Når spinnene i et materiale er justeret (dvs. pilene peger alle i samme retning) materialet er i en ferromagnetisk tilstand, eller, en makroskopisk magnet.

Pletter, der spredes, kogler og kolber

"For enkelthed, vi kan forestille os systemet i ligevægt som et stort antal pile, der alle peger i samme retning. Når dette forstyrres, ved at anvende et magnetfelt, for eksempel, nogle pile vil dreje. I dette tilfælde siger vi, at 'partikler' dannes, "siger Calabrese." I et normalt system uden indespærring, disse områder med omvendte pile har en tendens til at ekspandere rumligt på ubestemt måde, lidt som en rødvinsplet på et køkkenrulle. Grafen, der viser denne rumlige ekspansion i tid, er en kegle, teknisk kaldet en 'lyskegle'. "

Hvis partiklerne i systemet er begrænset, imidlertid, så er tingene anderledes. "Rent faktisk, det, vi kalder partikler i dette tilfælde, er de vægge, der afgrænser områderne med omvendte pile, kanterne af 'pletterne'. Jo mere de vender sig væk, jo mere de bliver tiltrukket af hinanden. Det betyder, at pletten ikke vil udvide sig som i det normale system, men hellere, efter en vis tid, begynde at indgå kontrakt. "Grafen i dette tilfælde er ikke længere en kegle." Det ligner mere en kolbe, som udvides først og derefter indsnævres igen. "

"Hvis i systemet, hvad enten det er virtuelt eller reelt, grafen, der repræsenterer 'korrelationer' (pilene i samme retning) tager en kolbeformet form frem for en kegle, så ved vi, at partiklerne er begrænsede. Dette gør det let at kontrollere tilstedeværelsen af ​​indespærring, «siger Calabrese.

Calabrese og kollegers undersøgelse er fuldstændig teoretisk, gør det næsten til en undtagelse for et tidsskrift, der normalt udgiver eksperimentel eller teoretisk/eksperimentel forskning. "Dette får os til at tro, at den model, vi foreslog, blev anset for lovende til forskning på dette område, herunder eksperimentelle undersøgelser. I mange tilfælde er det svært at opdage indespærring. På denne måde, for disse materialer, det er meget enklere. Vi arbejder hårdt på at sikre, at dette fænomen kan observeres eksperimentelt i den nærmeste fremtid. "