A kvantumfizika megszakítja az összes szabályt, például a termodinamika klasszikus törvényeit, amelyek leírják, hogyan
Néhány kísérletben a tudósok azt találták, hogy a vizsgált tárgy lehűlhet, még akkor is, ha valami sokkal melegebb.A tudósok szerint ez olyan, mintha kivennél egy forró serpenyőt a sütőből, és a kezed nem melegszik fel, hanem lehűl .
A fizikusok ultrahideg lítiumatomokkal és lézerrel végeztek kísérletet, hogy megtudják, mi történik a kvantumkáosszal, és hogyan tud kívül maradni a termodinamika törvényein.
Rendellenes káosz
Ha veszünk egy közönséges ingát és onnan toljukidő különböző oldalairól, akkor elnyeli a becsapódási energiát, és véletlenszerűen mozog a térben. A mozgások látszólagos véletlenszerűsége ellenére könnyen leírható olyan egyenletek segítségével, amelyek figyelembe veszik az inga által az ütközés során kapott impulzusokat és irányokat.
A kvantumvilágban a dolgok nem olyan egyszerűek.Míg a kísérlet kezdetén a kvantumingaugyanúgy elnyeli az energiát, mint a mechanikus, idővel, ismételt expozícióval, kijöna fennsíkon és az impulzuseloszlás dinamikusan lokalizált állapotban fagy.
Az egyes részecskék ilyen anomáliájának magyarázatához a tudósok matematikát használtak.Úgy vélik, hogy a kvantummechanikai valószínűségi hullámok pontosan úgy oszcillálnak és ütköznek egymással, hogy a címerek és a vályúk találkoznak és kizárnaka részecske energiaelnyelésének bármilyen lehetősége.
De mi történik a való életben, amikora sok részecske között fellépő kölcsönhatás például egy sok ütköző elektront tartalmazó rendszerben több évtizedes vita után is rejtély maradt.
Többszörös lokalizáció
Tudósok, hogy megértsék, minek kell történniefelajánlja, hogy képzeljen el egy csészét, amelybe tejes kávét öntenek. Ha hideg tejet öntünk forró kávéba, akkor idővel a részecskék összekeverednek, és az egész ital homogén állapotba kerül. Az ilyen folyamatot termizálásnak nevezik, és korábban azt hitték, hogy ezt minden rendszerben megfigyelni kell.
Az elmúlt néhány évtizedben a tudósokrájött, hogy ez nem mindig van így. Kiderült, hogy a káosz egy kvantumrendszerben sok test lokalizációjához vezet. Ez azt jelenti, hogy a rendszer nem tudja elérni a termikus egyensúlyt, és végtelen ideig megőrzi kezdeti állapotának emlékét a lokális területeken.
Mit tettek a tudósok?
Annak ellenőrzésére, hogy a komplexsok részecskéből álló rendszert, a tudósok lítiumgázt használtak. Körülbelül 100 000 ultrahideg atomot helyeztek el egy függőleges fényhullámban. Mindegyik ilyen atom egy kvantumrotor (inga) volt, amelyet lézerimpulzussal lehetett elindítani.
A tudósok elmagyarázzák, hogy az atomok ütközését és szétrepülését okozták, vagy a Feshbach-rezonanciát használták összetartásukra.Ez a hatás előfordulamikor két lassú hideg atom ütközik, amikor ideiglenesen összetapadnak és kialakulnakInstabil kapcsolat rövid élettartammal.
Amikor a részecskék nem léptek kölcsönhatásba, a kutatóklátta a várt eredményt: a részecskék egy kicsit felmelegedtek, mielőtt állandó hőmérsékletet értek volna el. Amikor a kutatók úgy igazították a kísérletet, hogy az atomok egy kicsit kölcsönhatásba léphessenek, először egy hőmérsékleti platót láttak ugyanazon a szinten. De az egydimenziós elmélettel ellentétben az atomok végül újra felmelegedni kezdtek, bár nem olyan gyorsan, mint ahogy azt a hagyományos termodinamika megjósolja.
Kísérleti elrendezés. Fotó: Tony Masters, UCSB
Kiderült, hogy az új állapot nem felel meg sem a klasszikus termodinamikának, sem a lokalizált testkészlet várható viselkedésének.A hipotézis, amelyet a tudósok vizsgáltak, nem feltételeztek ilyen eredményt, de leírja az ilyen viselkedéstEz nagyon hideg részecskecsoportokra vonatkozik, amelyek képződnekBose-Einstein kondenzátum: Ez az anyag azon fázisa, amelyben minden részecskeugyanaz a kvantumállapot.
A Bose kondenzátumot leíró egyenletek −Einstein, pontosan úgy jósolja meg a lassú felmelegedés sebességét, ahogy az a kísérletekben történt. Itt az a meglepő, hogy a tudósok által vizsgált atomok nem voltak ilyen kondenzátumok.
Bizonyos értelemben ez egy kettős rejtvény. Nem igazán tudjuk, miért történik ez, de van egy elmélet, aminek nem kellene működnie, de úgy tűnik, működik.
Victor Galitsky, a tanulmány társszerzője
Miért fontos ez?
A megfigyelt fennsíkok bizonyítják, hogy a kölcsönhatásokne mindig kényszerítse a részecskéket a termodinamika törvényeinek betartására. A törvények mikroszintű változásának vizsgálatával a fizikusok egy új elmélet kialakítását remélik, amely összekapcsolja az anyag viselkedését mind mikro-, mind makroskálán.
Az ilyen kísérletek nem csak újat nyithatnakkvantumfizika, hanem új kutatási eszközök kifejlesztéséhez is vezethet. Ha sikerül feltárni a kísérletek mögött meghúzódó fizikát, talán egy napon a hőmérsékleti fennsíkok kitágulnak, és új és jobb kvantumtechnológiák kifejlesztésére fogják használni – mondják a tudósok.
Olvass tovább:
Kiderült, mi történik az emberi aggyal egy óra erdőben töltött óra után
Ismertté vált, hogy melyik tea pusztítja el a fehérjét az agyban
Az óceán mélyén élő furcsa tengeri lényekről kiderült, hogy hasonlítanak az emberekhez