Forskere observerer dynamiske kvantefaseovergange i et interaktivt system med mange kroppe

Et team af forskere fra flere institutioner i Tyskland og Østrig har udviklet et middel til direkte at observere dynamiske kvantefaseovergange i et interagerende system med mange organer. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , teamet beskriver at skabe et unikt ultrakoldt miljø, der gjorde det muligt at se kvantefaseovergangen.

Faseovergange er almindelige i den observerbare verden - vand bliver til is, for eksempel. De fleste af disse typer overgange sker som følge af ændringer i temperaturen. Men fysikere ved, at der kan være andre former for overgange, der opstår på grund af ændringer i energi, som berømt er blevet beskrevet af Heisenberg -usikkerhedsprincippet. For at udføre eksperimenter designet til at teste sådanne overgange, forskere skal typisk udsætte dem for næsten absolutte nulforhold for at forhindre, at termiske udsving forårsager interferens. I sådanne forsøg, tiden bliver den vigtigste overgangsfaktor, frem for temperatur.

Tilbage i 2013, et team af teoretiske fysikere bemærkede, at der syntes at være ligheder mellem evolutionoperatoren og partitionsfunktionen. Den rolle, som tiden spillede i udviklingen af ​​et termisk isoleret kvantesystem, de viste, var lig med den inverse temperatur i et system, der var ved termisk ligevægt. Deres beregninger viste, at et kvantesystem skulle kunne gennemgå tilstandsændringer, der lignede faseovergange. I denne nye indsats, forskerne har bevist, at denne teori er sand ved at oprette en modificeret tværfelt Ising-model og manipulere ionenes spin i et ultrakoldt miljø.

Mere specifikt, holdet fangede strenge på 10 calcium-40 ioner ved hjælp af et magnetfelt i en fryser, hvor temperaturen blev reduceret til næsten absolut nul. I starten, spins var alle sat til at pege i samme retning. Holdet ændrede derefter tilfældigt spin -tilstande for hver, at tage systemet ud af ligevægt, og observerede, hvad der skete - teorien havde forudsagt, at systemet ville udvikle sig tilbage over tid til et punkt, hvor alle spins igen var justeret; holdet rapporterer, at spin -pointene fandt sted på de tidspunkter, der var blevet forudsagt, beviser, at teorien er korrekt.

Det menes, at bekræftelse af teorien vil føre til en bedre forståelse af kvantematerialeadfærd og især faseovergange.

© 2017 Phys.org