Natuklasan ng mga mananaliksik ang Hybrid Quantum System

Ang mga mananaliksik sa JQI ay may natuklasan na isang kabuuan ng sistema na isang hybrid ng kaayusan at kaguluhan.

Karaniwan ang salitang “kaguluhan” ay pumupukaw ng karamdaman: isang abalang araw, silid-tulugan ng isang tinedyer, panahon ng buwis. At ang pisikal na pag-unawa sa kaguluhan ay hindi malayo. Napakahirap na hulaan, tulad ng panahon. Pinapayagan ng kaguluhan ang isang maliit na parasito (ang pag-flutter ng isang pakpak ng butterfly) upang maging isang malaking resulta (isang bagyo sa kabilang panig ng mundo), na nagpapaliwanag kung bakit ang mga pagtataya ng panahon ng higit sa ilang araw sa hinaharap ay maaaring hindi mapagkakatiwalaan. Ang mga indibidwal na molekula ng hangin na patuloy na tumatalon sa paligid ay magulo din – halos imposibleng matukoy kung saan ang anumang molekula ay maaaring sa anumang naibigay na sandali.

Maaari kang magtaka kung bakit ang sinuman ay nagmamalasakit sa eksaktong posisyon ng isang solong Molekyul. Gayunpaman, maaari mong pakialam ang tungkol sa isang pag-aari na ibinahagi ng isang pangkat ng mga molekula, tulad ng kanilang temperatura. Marahil ay ang magulong katangian ng mga molekula na nagbibigay-daan sa kanila upang punan ang isang silid at maabot ang isang solong temperatura, nang hindi namamalayan. Ang indibidwal na kaguluhan sa huli ay nagpapalaki ng sama-samang kaayusan.

Napaka kapaki-pakinabang upang magamit ang isang solong numero (temperatura) upang ilarawan ang isang grupo ng mga maliit na butil na tumatalbog sa paligid sa isang nakatutuwang, hindi mahuhulaan na paraan, ngunit hindi ito laging nangyayari. Kaya’t ang isang pangkat ng mga teoretikal na pisiko sa JQI ay nagtakda upang maunawaan kung kailan nalalapat ang kahulugan na ito.

“Ang mapaghangad na layunin dito ay upang maunawaan kung paano ang unibersal na pagkahilig ng karamihan sa mga sistemang pisikal upang makamit ang pantalan na balanse at kung paano nagmula ang kaguluhan mula sa pangunahing mga batas ng pisika,” sabi ni Victor Galitski, isang JQI Fellow, propesor ng pisika sa University of Maryland (UMD). ).

Bilang unang hakbang patungo sa ambisyosong layunin na ito, itinakda ni Galitsky at ng kanyang dalawang kasamahan upang maunawaan kung ano ang mangyayari kapag maraming mga maliit na butil, bawat gulo sa kanilang sariling karapatan, ay nagsama. Halimbawa, sa isang laro ng air hockey, ang paggalaw ng isang solong pak na tumatalbog sa pader ay magulo. Kaya’t ano ang mangyayari kapag ang karamihan sa mga disc na ito ay naiwan sa mesa? Bukod dito, paano kung ang mga disk ay sumusunod sa mga batas ng kabuuan ng pisika?

Sa isang bagong nai-publish na artikulo sa magazine Mga Sulat sa Physical Review, pinag-aralan ng koponan ang problemang air hockey na ito sa larangan ng kabuuan. Natuklasan nila na ang kabuuan bersyon ng problema (kung saan ang mga disk ay talagang mga particle ng kabuuan tulad ng mga atomo o electron) ay hindi iniutos o magulo, ngunit ayon sa isang karaniwang pamamaraan ng pagsukat ng kaguluhan ng kaunti sa pareho. Ang kanilang mga teorya ay sapat na pangkalahatan upang ilarawan ang isang hanay ng mga pisikal na kapaligiran, kabilang ang mga molekula sa isang lalagyan, isang laro ng dami ng hockey ng hangin, at mga electron na tumatalbog sa isang hindi maayos na metal tulad ng tanso na kawad sa iyong laptop.

“Palagi naming naisip na ito ay isang problema na nalutas sa ilang mga aklat ng matagal nang panahon,” sabi ni Yunxiang Liao, may-akda ng postdoctoral na JQI at unang may-akda ng artikulo. “Ito ay naging isang mas mahirap na problema kaysa sa naisip namin, ngunit ang mga resulta ay mas kawili-wili rin kaysa sa naisip namin.”

Ang isang kadahilanang ang problemang ito ay nanatiling hindi malulutas nang napakatagal ay na kapag ang mekaniko ng kabuuan ay nagpasok ng larawan, ang mga karaniwang kahulugan ng kaguluhan ay hindi inilapat. Sa klasiko, ang epekto ng paru-paro – maliliit na pagbabago na nagdudulot ng malalaking pagbabago sa mga paunang kundisyon – ay madalas na ginagamit bilang isang kahulugan. Ngunit sa mga mekanika ng kabuuan, ang konsepto ng una o huling posisyon ay walang katuturan. Sinasabi ng prinsipyo ng kawalan ng katiyakan na ang posisyon at bilis ng isang maliit na butil ay hindi maaaring malaman nang eksakto sa parehong oras. Kaya’t ang tilapon ng maliit na butil ay hindi mahusay na natukoy, na ginagawang imposible upang subaybayan kung paano ang iba’t ibang mga paunang kundisyon na humantong sa iba’t ibang mga resulta.

Ang isang taktika upang pag-aralan ang kabuuan ng gulo ay upang kumuha ng isang bagay na klasikal na magulo, tulad ng isang disk na tumatalbog sa paligid ng isang air hockey table, at tratuhin ito nang malaki sa mekanikal. Siyempre, ang klasikong kaguluhan ay dapat na muling isalin. At ito talaga. Ngunit ang mga bagay ay hindi gaanong malinaw kung naglalagay ka ng higit sa isang quantum disk.

Klasiko, kung ang mga disc ay maaaring tumalbog sa bawat isa sa pamamagitan ng pagpapalitan ng enerhiya, lahat ay maaabot nila sa isang solong temperatura, na inilalantad ang sama-samang pagkakasunud-sunod ng kaguluhan. Ngunit kung ang mga disc ay hindi nagbabanggaan sa isa’t isa at sa halip ay dumaan sa bawat isa tulad ng mga aswang, ang kanilang mga enerhiya ay hindi magbabago: ang mainit ay mananatiling mainit, ang malamig ay mananatiling malamig, at hindi nila maaabot ang parehong temperatura. . Ang kolektibong pagkakasunud-sunod ay hindi maaaring lumabas dahil sa kaguluhan dahil ang mga disc ay hindi nakikipag-ugnayan.

Dinala ng koponan ang phantom air hockey game na ito sa larangan ng mga mekanika ng kabuuan, inaasahan ang parehong pag-uugali – kaguluhan para sa isang maliit na butil, ngunit walang sama-samang pagkakasunud-sunod kapag mayroong isang malaking bilang. Upang suriin ang intuwisyon na ito, pinili nila ang isa sa pinakaluma at pinakalawak na ginamit (kahit na hindi ang pinaka-madaling maunawaan) na mga pagsubok ng kabuuan ng gulo.

Ang mga maliit na butil ay hindi maaaring magkaroon ng anumang lakas, ang kasalukuyang mga antas ay ‘nabilang sa halaga’ na nangangahulugang ang mga ito ay karaniwang limitado sa ilang mga halaga. Noong dekada 1970, natuklasan ng mga pisiko na kung ang mga particle ng kabuuan ay kumilos sa mahuhulaan na mga paraan, ang mga antas ng enerhiya ay ganap na nakapag-iisa sa bawat isa – ang mga posibleng halaga ay hindi gawi na magtipon o kumalat sa average. Ngunit kung magulo ang mga particle ng kabuuan, ang kanilang mga antas ng enerhiya ay tila makatakas sa bawat isa, kumakalat sa iba’t ibang paraan. Ang pagtanggi sa antas ng enerhiya na ito ay madalas na ginagamit bilang isa sa mga kahulugan ng dami ng gulo.

Dahil ang mga hockey puck ay hindi nakikipag-ugnayan, hindi inaasahan ni Liao at ng kanyang mga kasamahan na sumang-ayon sila sa isang temperatura, na nangangahulugang hindi nila makikita ang anumang mga palatandaan ng pinagbabatayan ng kaguluhan ng single-disc. Naisip nila na ang kanilang mga antas ng enerhiya ay hindi alintana ang bawat isa.

Bilang karagdagan sa paghanap ng teoretikal na katibayan ng ilang antas ng pagtataboy na mga palatandaan ng dami ng gulo, natagpuan din nila na ang ilang mga antas ay may posibilidad na magsama sa halip na maitaboy ang isang bagong kababalaghan na hindi nila ganap na maipaliwanag. Ang mapanlinlang na simpleng problemang ito ay naging maayos at magulo, ngunit ito ay isang kakaibang pagsasama ng dalawa na hindi pa nakikita.

Ang koponan ay nagawang ibunyag ang hybrid na ito gamit ang isang makabagong diskarte sa matematika. “Sa nakaraang mga pag-aaral na bilang, ang mga mananaliksik ay maaari lamang magsama ng 20 o 30 na mga maliit na butil,” sabi ni Liao. Ngunit gamit ang aming diskarte sa matematika sa di-makatwirang teorya ng matrix, maaari naming isama ang kasing dami ng 500. At pinapayagan din kami ng pamamaraang ito na kalkulahin ang pag-uugali ng analitiko para sa isang napakalaking system. “

Gamit ang balangkas ng matematika na ito at may matinding interes, pinalalawak ngayon ng mga mananaliksik ang kanilang mga kalkulasyon upang payagan ang mga hockey puck na dahan-dahang makipag-ugnayan. “Ang aming paunang mga resulta ay ipinapakita na ang thermalization ay maaaring kusang maganap sa pamamagitan ng pagsira sa pagkabaligtad – ang nakaraan ay naiiba sa matematika mula sa hinaharap,” sabi ni Galitski. “Nakita namin ang maliit na pagkalito na lumalaki nang exponentially at winawasak ang lahat ng natitirang mga lagda ng order. Ngunit ito ay isa pang kwento. “

Pinagmulan: Yunxiang Liao, Amit Vikram at Victor Galitski, “Statistics of Single Particle Quantum Chaos at Multiple Body Levels,, 18 Dis.2020, Magagamit dito. Mga Sulat sa Physical Review.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.250601

Bilang karagdagan kina Liao at Galitski, si Amit Vikram, isang mag-aaral na nagtapos sa JQI sa pisika sa UMD, ang may-akda ng artikulo.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Bakit kaya mahirap magamot ang COVID-19? Isang Komprehensibong Pagsuri sa Alam Namin

Lumalagong Mga Punto ng Katibayan ng Hindi Karaniwang Nakakahawang Profile Isang komprehensibong pagsusuri ng alam namin COVID-19 at kung paano ito gumagana ay nagmumungkahi na...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Newsletter

Subscribe to stay updated.