• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17 марта
ТГУ
2
50 698

Томские физики сделали неожиданное открытие: волновая функция одного электрона оказалась способна поддерживать особые квазичастицы

4.7

В мире квантовой физики каждый день происходят удивительные открытия, которые меняют наше понимание фундаментальных законов природы. Недавнее исследование, проведенное на физическом факультете ТГУ, раскрыло новые свойства электронов, которые могут иметь важные последствия для квантовой электродинамики и технологий будущего. Ученые обнаружили, что волновая функция одного электрона может поддерживать особые квазичастицы — плазмон-поляритоны.

Пучок электронов, отклоняемый по окружности магнитным полем / © Marcin Białek, ru.wikipedia.org

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review D (Q1). Плазмон-поляритоны — это гибридные частицы, возникающие в результате взаимодействия плазмонов – квазичастиц, описывающих коллективные (как обычно считалось) колебания зарядов – с электромагнитным полем. Как правило, плазмоны изучаются в контексте плазмы или металлов, где они играют ключевую роль в оптических и электронных свойствах материалов. Однако новое исследование показывает, что плазмоны существуют и на одном электроне. В полном согласии с предсказанием классика оказалось, что «электрон так же неисчерпаем, как и атом; природа бесконечна».

— Волновой пакет электрона можно представить как облако, которое может менять свою форму и плотность в зависимости от внешних условий. Плазмоны и плазмон-поляритоны — это «вибрации» такого облака, вызванные взаимодействием с внешним электромагнитным полем, – рассказывает аспирант кафедры квантовой теории поля ФФ ТГУ Алексей Соколов.

Как отмечает магистрант кафедры квантовой теории поля ФФ ТГУ Иван Акимов, еще одна аналогия — это голограмма:

— В когерентных процессах, которые изучаются в статье, электронный волновой пакет действует как объект, создающий интерференционную картину с падающим фотоном. Это похоже на создание голограммы, где информация о квантовом состоянии электрона может быть считана с помощью рассеянного света.

В квантовой электродинамике электрон обычно рассматривается как точечная частица. Однако в некоторых когерентных процессах, например, когерентном комптоновском рассеянии, волновая функция электрона ведет себя как своего рода «заряженная жидкость». Это означает, что электрон может проявлять свойства, которые обычно ассоциируются с коллективными явлениями, такими как плазмоны.

Ученые ФФ ТГУ обнаружили, что волновая функция одного электрона может поддерживать восемь независимых плазмон-поляритонных мод, что удивительным образом совпадает с числом глюонов и с числом псевдоскалярных мезонов в квантовой хромодинамике. Эти моды возникают как точные решения эффективных уравнений Максвелла, которые описывают распространение электромагнитного поля в присутствии волнового пакета одного электрона.

Исследователи рассмотрели два предельных случая. Первый — коротковолновый предел, когда длина волны внешнего электромагнитного поля намного меньше, чем типичный масштаб изменений волновой функции электрона. В этом случае имеется восемь независимых плазмон-поляритонных мод.

Второй случай — инфракрасный предел, когда длина волны внешнего поля намного больше, чем размер волнового пакета электрона. В этом случае плазмоны сводятся к динамическому дипольному моменту, связанному с электроном. Другими словами, в когерентных электродинамических процессах с малой передачей импульса фотону электрон ведет себя как частица, обладающая динамическим дипольным моментом.

Это открытие имеет важные последствия для понимания когерентных процессов в квантовой электродинамике. Например, в процессах вынужденного излучения от одиночного электрона в внешнем электромагнитном поле плазмон-поляритонные резонансы могут значительно усиливать амплитуду когерентного рассеяния. Это может быть использовано в экспериментах, где электроны удерживаются в ловушках, таких как ловушка Пеннинга, для изучения их взаимодействия с электромагнитными полями.

Ученые ТГУ планируют продолжить исследования, чтобы изучить влияние плазмон-поляритонных резонансов на другие когерентные процессы, где волновая функция электрона ведет себя как «заряженная жидкость». Это может открыть новые горизонты в квантовой оптике, нанофотонике и других областях, где взаимодействие света с веществом играет ключевую роль.

Открытие плазмон-поляритонов на одном электроне — это еще один шаг к пониманию сложной природы квантового мира. Оно не только расширяет наши знания о фундаментальных свойствах электронов, но и открывает новые возможности для разработки квантовых технологий будущего.

— Мы только начинаем понимать, насколько сложным может быть поведение элементарных частиц. Наша работа — это шаг к тому, чтобы увидеть электрон не как точку, а как сложную систему с множеством степеней свободы, — заключает профессор кафедры квантовой теория поля ФФ ТГУ Петр Казинский.

Полный текст статьи «Плазмон-поляритонные моды на волновом пакете одного электрона» опубликован в журнале Physical Review D, а также в arXiv.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский Томский государственный университет (ТГУ) — первый российский университет на территории Русской Азии (фактически первый российский университет восточнее берегов Волги), один из 29 национальных исследовательских университетов.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Сегодня, 10:11
Дарья Г.

Существование еще одной планеты в Солнечной системе пока не удалось ни подтвердить, ни опровергнуть. Гипотетический объект не поддается поискам в оптическом диапазоне, а по косвенным признакам можно лишь уточнить параметры его массы и орбиты. Теперь ученые попробовали искать Девятую планету по ее тепловому излучению — и нашли подходящего кандидата.

Позавчера, 18:26
Андрей

Туристы встретили гарпию во время прогулки по лесам Южной Америки, а когда одна из участниц отстала, хищник напал на нее и повредил скальп. Птицу удалось спугнуть, девушку доставили в больницу. Это краткий пересказ первого опубликованного отчета о нападении гарпии на человека. Причины атаки не совсем ясны. Cкорее всего, подтвержденных сообщений о таких нападениях больше, но специалисты не хотят их публиковать, чтобы не пугать обывателей и не провоцировать их на агрессию.

Позавчера, 10:15
Игорь Байдов

Долгое время палеонтологи считали, что древние крупные наземные хищники никогда не населяли острова Карибского моря. По крайней мере, после исчезновения динозавров. Эта картина казалась логичной: изолированность от материка не позволяла таким хищникам туда перебраться. Но острые зубы, по форме характерные для крупных плотоядных, которые ученые находили в скалах и пещерах, заставили усомниться в этой гипотезе.

27 апреля
Редакция Naked Science

Квентин Маркос (Quentin Marcos) — концепт-художник и цифровой иллюстратор из Парижа, специализирующийся на создании научно-фантастических миров. Его работы переносят зрителя в далёкие планеты, футуристические города и альтернативные реальности, наполненные захватывающими сюжетами и атмосферной детализацией.

Сегодня, 10:11
Дарья Г.

Существование еще одной планеты в Солнечной системе пока не удалось ни подтвердить, ни опровергнуть. Гипотетический объект не поддается поискам в оптическом диапазоне, а по косвенным признакам можно лишь уточнить параметры его массы и орбиты. Теперь ученые попробовали искать Девятую планету по ее тепловому излучению — и нашли подходящего кандидата.

28 апреля
Юлия Трепалина

Прошлые научные работы показали, что высокие люди чаще зарабатывают больше. Исследователи из США решили проверить, не закладывается ли основа для этого преимущества еще в школе. Чтобы разобраться в вопросе, специалисты проанализировали данные около полумиллиона нью-йоркских школьников.

8 апреля
Березин Александр

До 13 тысяч лет назад в Северной Америке жил вид, который ученые до недавнего времени считали волком. Компания Colossal Biosciences объявила о возрождении этого вымершего вида, но биологические детали ставят ее заявление под серьезное сомнение.

2 апреля
Березин Александр

Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.

16 апреля
Андрей

Многие знают, как популярны сувениры из окаменелостей — зубы древних акул или полированные панцири аммонитов. Но чем реже встречаются такие артефакты, тем они ценнее, то есть на них можно много заработать. И это проблема для палеонтологов. Американский специалист по тираннозаврам оценил ущерб, который нанесла коммерческая добыча костей T. rex и подсчитал среднюю цену таких образцов. Оказалось, больше половины найденных тирексов находится в частных руках, а значит, для науки они недоступны или ненадежны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария
Alex Alien
24.03.2025
-
0
+
Надеюсь увидеть здесь↑ более содержательные комментарии …
Alex Alien
24.03.2025
-
0
+
Призна́юсь – ничего не понял … 🤕 Современная квантовая физика оперирует такими понятиями (sorry за тавтологию ☝️😉), которые предполагают не только очень специальное образование, но и особенный способ мышления, никак не пересекающийся с нашей повседневной действительностью – грубой и жестокой … 🫤👎 Se la Vie !!! Борьба за выживание … † ₽ $ † Маленькое уточнение. Автор цитаты "Электрон так же неисчерпаем, как и атом. Природа бесконечна." – Владимир Ильич Ленин !!! 👏😇 Воистину гениальное предвидение! 👍
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно