นักฟิสิกส์ 'สังเกต' แมวของชโรดิงเงอร์ด้วย 'ขน' ใหม่

ในวิชาฟิสิกส์ แมวของชโรดิงเงอร์เป็นสัญลักษณ์เปรียบเทียบของผลกระทบที่น่าประทับใจที่สุดสองประการของกลศาสตร์ควอนตัม:

สิ่งกีดขวางและการซ้อนทับขณะนี้นักวิจัยจากเดรสเดนและมิวนิกได้สังเกตพฤติกรรมนี้ในระดับที่ใหญ่กว่าอนุภาคที่เล็กที่สุดมาก จนถึงขณะนี้เป็นที่ทราบกันดีว่าวัสดุที่มีคุณสมบัติเช่นแม่เหล็กมีสิ่งที่เรียกว่าโดเมน - เกาะซึ่งคุณสมบัติของวัสดุมีความสม่ำเสมอ หากสิ่งเหล่านี้เป็นสี พวกมันก็คงจะเป็นเกาะสีดำและสีขาว แต่จากการศึกษาลิเธียม โฮลเมียม ฟลูออไรด์ (LiHoF 4) นักฟิสิกส์ได้ค้นพบการเปลี่ยนแปลงระยะใหม่ทั้งหมด ซึ่งโดเมนแสดงคุณสมบัติเชิงกลของควอนตัมอย่างกะทันหัน ทำให้คุณสมบัติของพวกมันพันกัน (เหลือทั้งขาวดำ)

“แมวควอนตัม” ของเรามี “ขน” ใหม่แล้วเพราะเราได้ค้นพบการเปลี่ยนแปลงเฟสควอนตัมใหม่ใน LiHoF 4 ที่ไม่เคยมีมาก่อน" Matthias Vojta หัวหน้าภาควิชาฟิสิกส์โซลิดสเตตเชิงทฤษฎีของมหาวิทยาลัยเทคนิคเดรสเดนกล่าว

คุณสมบัติเช่นแม่เหล็กหรือความเป็นตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนเฟสของอิเล็กตรอนในผลึก สำหรับการเปลี่ยนเฟสที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ที่ -273.15°C ผลกระทบทางกลของควอนตัม เช่น การพัวพันและการเปลี่ยนเฟสควอนตัมจะมีผล

ที่อุณหภูมิต่ำมาก LiHoF 4 ทำหน้าที่เหมือนเฟอร์โรแมกเนต์ซึ่งโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดถูกชี้นำโดยธรรมชาติในทิศทางเดียว หากใช้สนามแม่เหล็กในแนวตั้งตรงกับทิศทางแม่เหล็กที่ต้องการ โมเมนต์แม่เหล็กจะเปลี่ยนทิศทาง หรือที่เรียกว่าความผันผวน ยิ่งความแรงของสนามแม่เหล็กสูงขึ้น ความผันผวนเหล่านี้ก็จะยิ่งรุนแรงขึ้น จนกระทั่งในที่สุด เฟอร์โรแมกเนติกส์จะหายไปอย่างสมบูรณ์ในการเปลี่ยนเฟสควอนตัม สิ่งนี้นำไปสู่การพัวพันของโมเมนต์แม่เหล็กที่อยู่ติดกัน “หากคุณนำตัวอย่าง LiHoF 4 ไปใช้กับแม่เหล็กที่แรงมาก มันจะหยุดเป็นแม่เหล็กทันที สิ่งนี้เป็นที่รู้จักมา 25 ปีแล้ว” Vojta กล่าว

มีอะไรใหม่คือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็ก “เราพบว่าการเปลี่ยนแปลงระยะควอนตัมยังคงเกิดขึ้น ในขณะที่ก่อนหน้านี้เคยคิดว่าแม้แต่สนามแม่เหล็กที่เอียงเพียงเล็กน้อยก็สามารถระงับมันได้ทันที” Christian Pfleiderer ผู้ร่วมเขียนการศึกษา ศาสตราจารย์ด้านโทโพโลยีของระบบสหสัมพันธ์ที่มหาวิทยาลัยเทคนิคอธิบาย ของมิวนิก อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ โมเมนต์แม่เหล็กแต่ละโมเมนต์จะไม่ใช่ช่วงการเปลี่ยนเฟสควอนตัม แต่เป็นบริเวณแม่เหล็กขนาดใหญ่ หรือที่เรียกว่าโดเมนเฟอร์โรแมกเนติก

“เราใช้ตัวอย่างทรงกลมสำหรับการวัดที่แม่นยำ นี่คือสิ่งที่ทำให้เราศึกษาพฤติกรรมของการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในทิศทางของสนามแม่เหล็กได้อย่างแม่นยำ” Andreas Wendl ผู้ทำการทดลองซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขากล่าวเสริม

“เราได้ค้นพบควอนตัมรูปแบบใหม่โดยสิ้นเชิงการเปลี่ยนเฟส ซึ่งการพัวพันเกิดขึ้นในระดับของหลายพันอะตอม และไม่ใช่แค่ในพิภพเล็ก ๆ ไม่กี่แห่ง Vojta อธิบาย “ถ้าคุณจินตนาการว่าโดเมนแม่เหล็กเป็นรูปแบบขาวดำ การเปลี่ยนเฟสใหม่ทำให้พื้นที่สีขาวหรือสีดำมีขนาดเล็กลง กล่าวคือ พวกมันสร้างรูปแบบควอนตัมและไม่ละลายอย่างสมบูรณ์” แบบจำลองทางทฤษฎีที่พัฒนาขึ้นใหม่สามารถอธิบายข้อมูลที่ได้รับจากการทดลองได้สำเร็จ

อ่านเพิ่มเติม:

ภาพแรกของส่วนใต้ดินของดาวอังคารทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจ

กาแล็กซีที่อยู่ห่างจากโลก 12 พันล้านปีแสง 'ขดตัว' เป็นวงแหวนไอน์สไตน์

พืชบนดาวอังคารผลิตออกซิเจนในอัตราเฉลี่ยของต้นไม้