양자물리학은 모든 규칙을 깨뜨립니다. 예를 들어, 고전적인 열역학 법칙은 다음과 같습니다.
일부 실험에서 과학자들은 다음과 같은 사실을 발견했습니다.연구 중인 물체는 훨씬 더 뜨겁더라도 냉각될 수 있습니다. 과학자들은 뜨거운 프라이팬을 오븐에서 꺼냈을 때 손이 뜨거워지는 것이 아니라 오히려 식는 것과 같다고 말합니다.
양자 혼돈에 무슨 일이 일어나고 그것이 어떻게 열역학 법칙을 벗어나는지를 알아내기 위해 물리학자들은 극저온 리튬 원자와 레이저로 실험을 수행했습니다.
변칙적 혼돈
우리가 보통의 진자를 가지고 그것을 밀면다른 측면에서 시간이 지나면 충격 에너지를 흡수하고 공간에서 무작위로 움직이며 움직입니다. 움직임의 무작위성에도 불구하고 진자가 충격을 받는 동안 받은 충격과 방향을 고려한 방정식을 사용하면 쉽게 설명할 수 있습니다.
양자 세계에서는 모든 것이 그렇게 간단하지 않습니다.이동하는 대신 무질서로 인해 입자가 "멈추게" 될 수 있습니다. 실험 시작 시 양자 진자는 기계적 진자와 동일한 방식으로 에너지를 흡수할 수 있지만 시간이 지남에 따라 반복적인 충격을 받으면 안정기에 도달하고 운동량 분포는 동적으로 국지화된 상태로 동결됩니다.
이러한 이상 현상을 개인별로 설명하려면입자, 과학자들은 수학을 사용했습니다. 그들은 양자역학적 확률파가 마루와 골이 만나 에너지를 흡수하는 입자의 가능성을 제거하는 정확한 방식으로 서로 진동하고 충돌한다고 믿습니다.
하지만 실생활에서 일어나는 일예를 들어 충돌하는 많은 전자를 포함하는 시스템에서 많은 입자 사이에서 발생하는 상호 작용은 수십 년의 논쟁 끝에 미스터리로 남아 있습니다.
다중 현지화
무슨 일이 일어나야 하는지 이해하기 위해 과학자들은우유가 든 커피를 붓는 컵을 상상해보십시오. 차가운 우유를 뜨거운 커피에 부으면 시간이 지남에 따라 입자가 혼합되고 전체 음료가 균질 한 상태가됩니다. 이러한 과정을 열화라고 하며 이전에는 모든 시스템에서 관찰되어야 한다고 믿었습니다.
지난 수십 년 동안 과학자들은항상 그런 것은 아니라는 것을 깨달았습니다. 양자 시스템의 혼돈은 많은 물체의 국소화로 이어진다는 것이 밝혀졌습니다. 이것은 시스템이 열 평형에 도달할 수 없고 무한 시간 동안 로컬 영역에서 초기 상태의 메모리를 유지함을 의미합니다.
과학자들은 무엇을 했습니까?
콤플렉스를 확인하기 위해많은 입자로 구성된 시스템에서 과학자들은 리튬 가스를 사용했습니다. 그들은 빛의 수직 파동에 약 100,000개의 극저온 원자를 배치했습니다. 이러한 각각의 원자는 레이저 펄스를 사용하여 발사될 수 있는 양자 회전자(진자)였습니다.
과학자들은 원자를 강제로 만들었다고 설명합니다.충돌하고 날아가거나 Feshbach 공명을 사용하여 함께 유지하십시오. 이 효과는 두 개의 느리고 차가운 원자가 충돌하여 일시적으로 서로 달라붙어 수명이 짧은 불안정한 화합물을 형성할 때 발생합니다.
입자가 상호 작용하지 않을 때 연구자들은예상된 결과를 보았습니다. 입자가 일정한 온도에 도달하기 전에 약간 예열되었습니다. 연구원들이 원자가 약간 상호작용할 수 있도록 실험을 조정했을 때, 그들은 먼저 같은 수준에서 온도 안정기를 보았습니다. 그러나 1차원 이론과 달리 원자는 결국 다시 가열되기 시작했지만 기존의 열역학이 예측하는 것만큼 빠르지는 않습니다.
실험 설정. 사진: Tony Masters, UCSB
새로운 상태는 그렇지 않다는 것이 밝혀졌습니다.고전적인 열역학이나 국부적인 물체 집합의 예상되는 행동과 일치하지 않습니다. 과학자들이 연구한 가설은 그러한 결과를 가정하지 않았지만, 또 다른 이론은 유사한 행동을 설명합니다. 이는 보스-아인슈타인 응축물을 형성하는 매우 차가운 입자 그룹에 적용됩니다. 이는 모든 입자가 동일한 양자 상태를 갖는 물질의 단계입니다.
Bose 응축수를 설명하는 방정식은 다음과 같습니다.아인슈타인, 실험에서 발생한 느린 가열 속도를 정확히 예측하십시오. 여기서 놀라운 점은 과학자들이 연구한 원자가 그런 응축물이 아니라는 것입니다.
어떤 의미에서 이것은 이중 수수께끼입니다. 왜 이런 일이 일어나는지 우리는 정말로 모르지만 작동해서는 안 되는 이론이 있지만 작동하는 것 같습니다.
연구 공동 저자인 빅터 갈리츠키(Victor Galitsky)
왜 이것이 중요한가요?
관찰된 고원은 상호 작용이항상 입자가 열역학 법칙을 따르도록 강요하지는 않습니다. 미시적 수준에서 법칙이 어떻게 변화하는지 조사함으로써 물리학자들은 미시적 규모와 거시적 규모 모두에서 물질의 거동을 연결하는 새로운 이론을 형성하기를 희망합니다.
이러한 실험은 새로운양자 물리학뿐만 아니라 새로운 연구 도구의 개발로 이어집니다. 이러한 실험의 이면에 있는 물리학이 밝혀질 수 있다면 언젠가는 온도 고원이 확장되어 새롭고 더 나은 양자 기술을 개발하는 데 사용될 것이라고 과학자들은 말합니다.
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