Системы из нескольких элементарных частиц ведут себя как системы из миллиардов частиц
Система, состоящая всего из нескольких частиц, ведет себя так, будто она гораздо крупнее. Это сильно упрощает задачу изучения квантового поведения.
Большинство веществ, которые изучают физики, состоят из огромного числа частиц — настолько, что при нем пропадают различия в поведенческих свойствах между каплей и бассейном чистой воды. Даже в одной капле может содержаться более квадриллиона частиц. Это делает понимание их коллективного поведения относительно простым. Например, вода в капле и в бассейне замерзнет при нулевой температуре и закипит при 100 градусах Цельсия.
Такие «фазовые переходы» могут выглядеть резкими в больших системах, так как в них вовлечено столько частиц, что кажется, будто они все действуют одновременно. Но что можно сказать о меньших системах, в которых всего несколько частиц? Применимы ли те же правила фазовых переходов к ним?
Чтобы ответить на этот вопрос, команда ученых из Имперского колледжа в Лондоне, Оксфордского университета и Технологического института Карлсруэ в Германии создала систему менее чем из десяти фотонов — фундаментальных частиц света. Результаты их эксперимента, опубликованные в журнале Nature Physics, показывают, что фазовые переходы происходят даже в системах, состоящих в среднем из семи частиц.
Чем меньше частиц, тем проще исследовать их квантовое поведение, так что факт возникновения фазовых переходов в этих малых системах означает, что у физиков появилась возможность изучить такие квантовые свойства, как, например, когеренция.
«Теперь, когда подтвердилось, что «фазовый переход» остается полезной концепцией в таких малых системах, мы можем исследовать свойства теми методами, которые невозможны в более крупных системах, — рассказывает ведущий автор исследования доктор Роберт Наймэн из Имперского колледжа в Лондоне. — В частности, мы можем изучать квантовые свойства материи и света — это происходит на самых малых масштабах, когда случается фазовый переход».
Команда изучала конденсат Бозе — Эйнштейна из фотонов. Бозе-конденсаты образуются, когда газ из квантовых частиц настолько охлажден или его частицы находятся так близко друг к другу, что их уже невозможно различить. Бозе-эйнштейновский конденсат — это состояние материи, чьи свойства отличаются от свойств твердых тел, жидкостей, газов или плазм.
Исследователи обнаружили, что при добавлении фотонов в систему фазовый переход в бозе-конденсате происходит, когда система достигает размера примерно семи фотонов — меньше, чем в любом другом таком конденсате, наблюдаемом ранее. При таких малых размерах переход менее резкий, чем в крупных системах, но факт того, что он произошел в предсказуемый момент, корректно отображает этот процесс в крупных системах.
Систему создали при помощи простого аппарата — флуоресцентного красителя и изогнутых зеркал. То есть, помимо того, что это полезно при изучении квантовых свойств, систему можно использовать и для создания особых состояний света и их манипуляции.
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии