Физици "наблюдаваха" котката на Шрьодингер с нова "козина"

Във физиката котката на Шрьодингер е алегория за два от най-впечатляващите ефекта на квантовата механика:

заплитане и суперпозиция.Изследователи от Дрезден и Мюнхен вече са наблюдавали това поведение в много по-голям мащаб от най-малките частици. Досега се знаеше, че материали със свойства като магнетизъм имат така наречените домейни - острови, в които свойствата на материалите са еднакви. Ако това бяха цветове, щяха да са черно-бели острови. Но чрез изучаване на литиево-холмиевия флуорид (LiHoF 4), физиците са открили изцяло нов фазов преход, при който домейните внезапно проявяват квантово-механични свойства, причинявайки техните свойства да се заплитат (оставайки черни и бели).

„Нашата „квантова котка“ вече има нова „козина“,защото открихме нов квантов фазов преход в LiHoF 4, за който досега не беше известно, че съществува“, казва Матиас Войта, ръководител на катедрата по теоретична физика на твърдото тяло в Техническия университет в Дрезден.

Свойства като магнетизъм илисвръхпроводимостта възниква в резултат на фазови преходи на електрони в кристали. За фазови преходи при температури, приближаващи абсолютната нула при -273,15°C, квантово-механичните ефекти като заплитане и квантови фазови преходи влизат в действие.

При много ниски температури LiHoF 4 действакато феромагнетик, в който всички магнитни моменти са спонтанно насочени в една посока. Ако магнитно поле се приложи точно вертикално спрямо предпочитаната магнитна посока, магнитните моменти ще променят посоката си, известни като флуктуации. Колкото по-висока е силата на магнитното поле, толкова по-силни стават тези флуктуации, докато в крайна сметка феромагнетизмът изчезне напълно при квантов фазов преход. Това води до заплитане на съседни магнитни моменти. „Ако поднесете проба от LiHoF 4 до много силен магнит, тя внезапно ще спре да бъде спонтанно магнитна. Това се знае от 25 години“, казва Войта.

Новото е какво се случва, когато виепромяна на посоката на магнитното поле. „Открихме, че квантовият фазов преход продължава да се случва, докато преди това се смяташе, че дори и най-малкото накланяне на магнитното поле веднага ще го потисне“, обяснява съавторът на изследването Кристиан Пфлейдерер, професор по топология на корелирани системи в Техническия университет на Мюнхен. Въпреки това, при тези условия, не отделните магнитни моменти претърпяват квантови фазови преходи, а по-скоро големи магнитни области, така наречените феромагнитни домени.

„Използвахме сферични проби за нашитепрецизни измервания. Това ни позволи точно да проучим поведението на малки промени в посоката на магнитното поле“, добавя Андреас Вендл, който провежда експериментите като част от докторската си дисертация.

„Открихме напълно нов тип квантифазови преходи, при които заплитането се случва в мащаба на много хиляди атоми, а не само в микрокосмоса на няколко, обяснява Войта. „Ако си представите магнитните домейни като черно-бял модел, новият фазов преход кара белите или черните области да станат безкрайно малки, тоест те създават квантов модел и не се разтварят напълно.“ Новоразработен теоретичен модел успешно обяснява данните, получени от експериментите.

Прочетете още:

Първите изображения на подземната част на Марс изненадаха учените

Галактика, разположена на 12 милиарда светлинни години от Земята, се „нави“ в пръстен на Айнщайн

Растение на Марс произвежда кислород със скоростта на средно дърво