At bryde symmetrien i kvanteriget

For første gang, forskere har observeret et brud i et enkelt kvantesystem. Observationen - og hvordan de gjorde observationen - har potentielle konsekvenser for fysikken ud over standardforståelsen for, hvordan kvantepartikler interagerer for at producere stof og tillade verden at fungere, som vi kender det.

Forskerne offentliggjorde deres resultater den 31. maj, i journalen Videnskab .

Kaldes parity-time (PT) symmetri, det matematiske udtryk beskriver egenskaberne ved et kvantesystem - tidsudviklingen for en kvantepartikel, samt om partiklen er lige eller ulige. Uanset om partiklen bevæger sig frem eller tilbage i tiden, mærkelighed eller jævnhedstilstand forbliver den samme i det afbalancerede system. Når pariteten ændres, balancen i systemet - systemets symmetri - bryder.

For bedre at forstå kvanteinteraktioner og udvikle næste generations enheder, forskere skal være i stand til at kontrollere systemers symmetri. Hvis de kan bryde symmetrien, de kunne manipulere kvantpartiklernes spin -tilstand, når de interagerer, hvilket resulterer i kontrollerede og forudsagte resultater.

"Vores arbejde handler om den kvantekontrol, "sagde Yang Wu, en forfatter på papiret og en ph.d. studerende i Hefei National Laboratory for Physical Sciences på Microscale og Department of Modern Physics ved University of Science and Technology of China. Wu er også medlem af Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Microscale Magnetic Resonance.

Wu, hans ph.d. vejleder Rong og kolleger brugte et nitrogen-ledigt center i en diamant som deres platform. Nitrogenatomet med en ekstra elektron, omgivet af kulstofatomer, skaber den perfekte kapsel til yderligere at undersøge elektronens PT-symmetri. Elektronen er et single-spin system, hvilket betyder, at forskerne kan manipulere hele systemet ved blot at ændre udviklingen af ​​elektronspintilstanden.

Gennem hvad Wu og Rong kalder en udvidelsesmetode, forskerne anvendte et magnetfelt til aksen for nitrogen-ledighedscentret, trækker elektronen i en tilstand af ophidselse. De påførte derefter oscillerende mikrobølgeimpulser, ændrer systemets paritet og tidsretning og får det til at bryde og henfalde med tiden.

"På grund af universaliteten i vores udvidelsesmetode og den høje styrbarhed af vores platform, dette arbejde baner vejen for eksperimentelt at studere nogle nye fysiske fænomener relateret til PT -symmetri, "Sagde Wu.

Tilsvarende forfattere Jiangfeng Du og Xing Rong, professorer ved Hefei National Laboratory for Physical Sciences ved Microscale og Institut for Moderne Fysik ved University of Science and Technology i Kina, var enige.

"Oplysningerne hentet fra en sådan dynamik udvider og uddyber forståelsen af ​​kvantefysik, "sagde Du, som også er akademiker ved det kinesiske videnskabsakademi. "Værket åbner døren til studiet af eksotisk fysik med ikke-klassiske kvantesystemer."