Fysikere viser, at standard 'kvasipartikel' teori bryder sammen på 'kvantekritisk punkt'

I et nyt studie har fysikere ved University of California, Berkeley, vist, at standard kvasipartikelteorien bryder sammen på et kvantekritisk punkt. Dette fund udfordrer vores nuværende forståelse af, hvordan materialer opfører sig ved meget lave temperaturer og kan have konsekvenser for udviklingen af ​​nye kvanteteknologier.

Kvasipartikler er kvasi-elementære excitationer, der kan eksistere i visse materialer ved meget lave temperaturer. De er som rigtige partikler, men de er ikke lavet af stof. I stedet består de af energi og fremdrift.

Standard kvasipartikelteorien er baseret på den antagelse, at kvasipartikler er uafhængige af hinanden. Den nye undersøgelse viser dog, at denne antagelse bryder sammen på et kvantekritisk punkt. Et kvantekritisk punkt er et punkt i fasediagrammet for et materiale, hvor materialets egenskaber ændrer sig drastisk.

Undersøgelsens resultater kan få konsekvenser for udviklingen af ​​nye kvanteteknologier. For eksempel bruger kvantecomputere qubits til at lagre information. Qubits er lavet af kvasipartikler. Den nye undersøgelse tyder på, at qubits adfærd kan blive påvirket af kvantekritiske punkter. Dette kan føre til udviklingen af ​​nye kvantecomputere, der er mere kraftfulde og effektive.

Undersøgelsens resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics.

Baggrund

I kvantemekanikken er en kvasipartikel et partikellignende objekt, der kan eksistere i en kvantefeltteori. Kvasipartikler er ikke rigtige partikler, men de kan bruges til at beskrive virkelige partiklers adfærd i visse situationer.

For eksempel, i teorien om superledning, bruges kvasipartikler kaldet fononer til at beskrive vibrationerne af atomerne i en superleder. Disse vibrationer er ansvarlige for superlederens evne til at lede elektricitet uden modstand.

Et andet eksempel på kvasipartikler er elektronhullet. Et elektronhul er en kvasipartikel, der repræsenterer fraværet af en elektron i en halvleder. Elektronhuller kan bevæge sig gennem en halvleder ligesom rigtige elektroner, og de kan bruges til at skabe elektroniske enheder såsom transistorer.

Kvasipartikler er et stærkt værktøj til at forstå materialers adfærd på kvanteniveau. De kan bruges til at beskrive en lang række fænomener, herunder superledning, superfluiditet og magnetisme.

Kvantekritiske punkter

Et kvantekritisk punkt er et punkt i fasediagrammet for et materiale, hvor materialets egenskaber ændrer sig drastisk. På et kvantekritisk punkt bliver vekselvirkningerne mellem partiklerne i materialet så stærke, at materialets adfærd ikke længere kan beskrives af fysikkens standardlove.

Kvantekritiske punkter er interessante, fordi de kan give indsigt i materiens grundlæggende natur. Ved at studere kvantekritiske punkter kan fysikere lære mere om de kræfter, der holder atomer sammen, og samspillet mellem partikler.

Kvantekritiske punkter er også vigtige for udviklingen af ​​nye teknologier. For eksempel kunne kvantecomputere bruge kvantekritiske punkter til at udføre visse beregninger meget hurtigere end klassiske computere.

Den nye undersøgelse

I det nye studie studerede fysikere ved University of California, Berkeley, kvasipartiklernes adfærd på et kvantekritisk punkt. De fandt ud af, at standard kvasipartikelteorien bryder sammen på et kvantekritisk punkt.

Dette fund udfordrer vores nuværende forståelse af, hvordan materialer opfører sig ved meget lave temperaturer og kan have konsekvenser for udviklingen af ​​nye kvanteteknologier.

Undersøgelsens resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics.