Oscillerende kvasipartikler:forfaldets og genfødelsens cyklus

Forfald er ubarmhjertig i den makroskopiske verden:Ødelagte objekter passer ikke sammen igen. Imidlertid, andre love er gældende i kvanteverdenen:Ny forskning viser, at såkaldte kvasipartikler kan forfalde og reorganisere sig selv igen og dermed bliver praktisk talt udødelige. Disse er gode udsigter for udvikling af holdbare datahukommelser.

Som man siger, intet varer evigt. Fysikkens love bekræfter dette:På vores planet, alle processer øger entropi, altså molekylær lidelse. For eksempel, et knust glas ville aldrig sætte sig sammen igen.

Teoretiske fysikere ved det tekniske universitet i München (TUM) og Max Planck Institute for Physics of Complex Systems har opdaget, at ting, der virker utænkelige i dagligdagen, er mulige på et mikroskopisk plan.

"Indtil nu, antagelsen var, at kvasipartikler i interaktive kvantesystemer forfalder efter et bestemt tidspunkt. Vi ved nu, at det modsatte er tilfældet:Stærke interaktioner kan endda stoppe forfald helt, "forklarer Frank Pollmann, Professor for teoretisk faststoffysik ved TUM. Kollektive gittervibrationer i krystaller, såkaldte fononer, er et eksempel på sådanne kvasipartikler.

Begrebet kvasipartikler blev opfundet af fysikeren og nobelprisvinderen Lev Davidovich Landau. Han brugte det til at beskrive kollektive tilstande for masser af partikler eller rettere deres interaktioner på grund af elektriske eller magnetiske kræfter. På grund af denne interaktion, flere partikler virker som en enkelt.

Numeriske metoder åbner for nye perspektiver

Indtil nu, det var ikke kendt i detaljer, hvilke processer der påvirker disse kvasipartiklers skæbne i interagerende systemer, "siger Pollmann." Det er først nu, vi besidder numeriske metoder, som vi kan beregne komplekse interaktioner såvel som computere med en ydelse, der er høj nok til at løse disse ligninger. "

"Resultatet af den udførlige simulering:Ganske vist, kvasipartikler forfalder, dog ny, identiske partikel -enheder stammer fra affaldet, "siger hovedforfatteren, Ruben Verresen. "Hvis dette forfald forløber meget hurtigt, en invers reaktion vil forekomme efter et bestemt tidspunkt, og snavs vil konvergere igen. Denne proces kan gentage sig i det uendelige, og der opstår en vedvarende svingning mellem forfald og genfødsel. "

Fra et fysisk synspunkt, denne svingning er en bølge, der omdannes til stof, hvilken, ifølge kvantemekanisk bølge-partikel dualitet, er muligt. Derfor, de udødelige kvasipartikler overtræder ikke termodynamikkens anden lov. Deres entropi forbliver konstant, forfald er stoppet.

Realitetstjekket

Opdagelsen forklarer også fænomener, der var forbløffende indtil nu. Eksperimentelle fysikere havde målt, at den magnetiske forbindelse Ba3CoSB2O9 er forbløffende stabil. Magnetiske kvasipartikler, magnoner, er ansvarlig for det. Andre kvasipartikler, rotoner, sikre, at helium, der er en gas på jordoverfladen, bliver til en væske ved absolut nul, som kan flyde ubegrænset.

"Vores arbejde er udelukkende grundforskning, "understreger Pollmann. Dog, det er fuldt ud muligt, at resultaterne en dag endda tillader applikationer, for eksempel konstruktion af holdbare datahukommelser til fremtidige kvantecomputere.