Фізики «спостерігали» кота Шредінгера з новим «хутром»

У фізиці кіт Шредінгера – це алегорія двох найбільш вражаючих ефектів квантової механіки:

заплутаності та суперпозиції.Дослідники з Дрездена та Мюнхена тепер спостерігали таку поведінку у значно більшому масштабі, ніж у найдрібніших частинок. Досі було відомо, що матеріали, які мають властивості, такі як магнетизм, мають так звані домени — острівці, в яких властивості матеріалів однорідні. Якби це були кольори, то це були б чорні та білі острівці. Але вивчивши фторид літію-гольмію (LiHoF 4), фізики виявили зовсім новий фазовий перехід, при якому домени несподівано виявляють квантово-механічні властивості, внаслідок чого їх властивості стають заплутаними (залишаючись одночасно чорними та білими).

«У нашого “квантового кота” тепер нове “хутро”,тому що ми виявили новий квантовий фазовий перехід у LiHoF 4, про існування якого раніше не було відомо», — каже Матіас Войта, завідувач кафедри теоретичної фізики твердого тіла у Технічному університеті Дрездена.

Такі властивості, як магнетизм абонадпровідність, виникають у результаті фазових переходів електронів у кристалах. Для фазових переходів при температурах, що наближаються до абсолютного нуля при -273,15 °C, у гру вступають квантово-механічні ефекти, такі як заплутаність і фазові квантові переходи.

За дуже низьких температур LiHoF 4 дієяк феромагнетик, в якому всі магнітні моменти спонтанно спрямовані в один бік. Якщо прикласти магнітне поле точно вертикально до кращого магнітного напрямку, магнітні моменти змінять напрямок, що відомий як флуктуації. Чим вище напруженість магнітного поля, тим сильнішими стають ці флуктуації, поки феромагнетизм повністю не зникне при квантовому фазовому переході. Це призводить до заплутування сусідніх магнітних моментів. «Якщо ви піднесете зразок LiHoF 4 до дуже сильного магніту, він раптово перестане бути спонтанно магнітним. Це відомо вже 25 років», - каже Войта.

Новим є те, що відбувається, коли визмінюєте напрямок магнітного поля. "Ми виявили, що квантовий фазовий перехід продовжує відбуватися, тоді як раніше вважалося, що навіть найменший нахил магнітного поля негайно придушить його", - пояснює співавтор дослідження, професор топології корелюваних систем у Мюнхенському технічному університеті Крістіан Пфлейдерер. Однак у умовах квантовим фазовим переходам піддаються не окремі магнітні моменти, а досить великі магнітні області, звані феромагнітні домени.

«Ми використовували сферичні зразки для нашихпрецизійних вимірів. Саме це дозволило нам точно вивчити поведінку за невеликих змін напряму магнітного поля», — додає Андреас Вендль, який проводив експерименти в рамках своєї докторської дисертації.

«Ми відкрили абсолютно новий тип квантових.фазових переходів, при якому заплутування відбувається у масштабах багатьох тисяч атомів, а не лише у мікросвіті кількох, — пояснює Войта. — Якщо ви уявляєте магнітні домени як чорно-білий візерунок, новий фазовий перехід призводить до того, що білі або чорні області стають нескінченно малими, тобто створюють квантовий візерунок, а не розчиняються повністю». Нещодавно розроблена теоретична модель успішно пояснює дані, одержані в результаті експериментів.

Читати далі:

Перші знімки підземної частини Марса здивували вчених

Галактика, розташована за 12 млрд світлових років від Землі, «згорнулася» в кільце Ейнштейна

Установка на Марсі робить кисень зі швидкістю середнього дерева.