Οι φυσικοί «παρατήρησαν» τη γάτα του Σρέντινγκερ με νέα «γούνα»

Στη φυσική, η γάτα του Σρέντινγκερ είναι μια αλληγορία για δύο από τα πιο εντυπωσιακά αποτελέσματα της κβαντικής μηχανικής:

εμπλοκή και υπέρθεση.Ερευνητές από τη Δρέσδη και το Μόναχο έχουν τώρα παρατηρήσει αυτή τη συμπεριφορά σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα από τα μικρότερα σωματίδια. Μέχρι τώρα ήταν γνωστό ότι υλικά με ιδιότητες όπως ο μαγνητισμός έχουν τα λεγόμενα πεδία - νησίδες στα οποία οι ιδιότητες των υλικών είναι ομοιόμορφες. Αν ήταν χρώματα, θα ήταν ασπρόμαυρα νησιά. Αλλά μελετώντας το φθοριούχο λίθιο χόλμιο (LiHoF 4), οι φυσικοί ανακάλυψαν μια εντελώς νέα μετάβαση φάσης στην οποία οι περιοχές εμφανίζουν ξαφνικά κβαντομηχανικές ιδιότητες, προκαλώντας τις ιδιότητές τους να μπλέκονται (παραμένοντας τόσο ασπρόμαυρο).

«Η «κβαντική γάτα» μας έχει τώρα μια νέα «γούνα»,επειδή ανακαλύψαμε μια νέα μετάβαση κβαντικής φάσης στο LiHoF 4 που δεν ήταν γνωστό προηγουμένως ότι υπήρχε», λέει ο Matthias Vojta, επικεφαλής του Τμήματος Θεωρητικής Φυσικής Στερεάς Κατάστασης στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δρέσδης.

Ιδιότητες όπως ο μαγνητισμός ήΗ υπεραγωγιμότητα προκύπτει ως αποτέλεσμα των μεταπτώσεων φάσης των ηλεκτρονίων στους κρυστάλλους. Για μεταβάσεις φάσης σε θερμοκρασίες που πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν στους -273,15°C, παίζουν ρόλο κβαντομηχανικά φαινόμενα όπως η εμπλοκή και οι κβαντικές μεταβάσεις φάσης.

Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, το LiHoF 4 δρασαν σιδηρομαγνήτης στον οποίο όλες οι μαγνητικές ροπές κατευθύνονται αυθόρμητα προς μία κατεύθυνση. Εάν ένα μαγνητικό πεδίο εφαρμοστεί ακριβώς κατακόρυφα στην προτιμώμενη μαγνητική κατεύθυνση, οι μαγνητικές ροπές θα αλλάξουν κατεύθυνση, γνωστές ως διακυμάνσεις. Όσο υψηλότερη είναι η ισχύς του μαγνητικού πεδίου, τόσο ισχυρότερες γίνονται αυτές οι διακυμάνσεις, έως ότου, τελικά, ο σιδηρομαγνητισμός εξαφανιστεί εντελώς σε μια μετάβαση κβαντικής φάσης. Αυτό οδηγεί σε εμπλοκή γειτονικών μαγνητικών ροπών. «Εάν φέρετε ένα δείγμα του LiHoF 4 σε έναν πολύ ισχυρό μαγνήτη, θα σταματήσει ξαφνικά να είναι αυθόρμητα μαγνητικός. Αυτό είναι γνωστό εδώ και 25 χρόνια», λέει ο Vojta.

Το νέο είναι τι συμβαίνει όταν εσείςαλλάξτε την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. «Διαπιστώσαμε ότι η μετάβαση κβαντικής φάσης συνεχίζει να συμβαίνει, ενώ προηγουμένως πιστευόταν ότι ακόμη και η παραμικρή κλίση του μαγνητικού πεδίου θα την κατέστειλε αμέσως», εξηγεί ο συν-συγγραφέας της μελέτης Christian Pfleiderer, καθηγητής τοπολογίας συσχετισμένων συστημάτων στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο. του Μονάχου. Ωστόσο, υπό αυτές τις συνθήκες, δεν είναι μεμονωμένες μαγνητικές ροπές που υφίστανται κβαντικές μεταβάσεις φάσης, αλλά μάλλον μεγάλες μαγνητικές περιοχές, οι λεγόμενες σιδηρομαγνητικές περιοχές.

«Χρησιμοποιήσαμε σφαιρικά δείγματα για μαςμετρήσεις ακριβείας. Αυτό μας επέτρεψε να μελετήσουμε με ακρίβεια τη συμπεριφορά μικρών αλλαγών στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου», προσθέτει ο Andreas Wendl, ο οποίος πραγματοποίησε τα πειράματα στο πλαίσιο της διδακτορικής του διατριβής.

«Ανακαλύψαμε έναν εντελώς νέο τύπο κβαντικούμεταπτώσεις φάσης, στις οποίες η εμπλοκή συμβαίνει στην κλίμακα πολλών χιλιάδων ατόμων, και όχι μόνο στον μικρόκοσμο λίγων, εξηγεί ο Vojta. «Εάν φανταστείτε τις μαγνητικές περιοχές ως ένα ασπρόμαυρο μοτίβο, η νέα μετάβαση φάσης κάνει τις λευκές ή τις μαύρες περιοχές να γίνουν απειροελάχιστες, δηλαδή δημιουργούν ένα κβαντικό μοτίβο και δεν διαλύονται πλήρως». Ένα νέο θεωρητικό μοντέλο εξηγεί με επιτυχία τα δεδομένα που προέκυψαν από τα πειράματα.

Διαβάστε περισσότερα:

Οι πρώτες εικόνες του υπόγειου τμήματος του Άρη εξέπληξαν τους επιστήμονες

Ένας γαλαξίας που βρίσκεται 12 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη «κουλουριάστηκε» σε έναν δακτύλιο του Αϊνστάιν

Το φυτό στον Άρη παράγει οξυγόνο με ρυθμό ενός μέσου δέντρου