Системы из нескольких элементарных частиц ведут себя как системы из миллиардов частиц — Naked Science
11.09.2018
Редакция
3

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.

cover-10241
©Wikipedia

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.

 

Микрорезонатор, заполненный красителем, позволяющий характеризовать порог конденсации / © Imperial College London

 

«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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 17:42
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

Вчера, 18:00
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

11 часов назад
Илья Ведмеденко

Российские специалисты разрабатывают четырехдвигательную версию пассажирского Ил-114. Это позволит повысить дальность и грузоподъемность крылатой машины.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

3 Комментария

12.09.2018
-
0
+
То, что системы из нескольких элементарных частиц ведут себя, как системы из миллиардов частиц вытекает из принципов суперпозиции и квантовой запутанности, которые известны в квантовой механике. Следует добавить, что поскольку эти частицы находятся на одном уровни, то вести они будут себя аналогично подобным образом, ведь наш энергетический мир многоуровневый и фрактальный.
    -
    0
    +
    Многоуровневый мир и многоэнергетическая энергия не вписывается в "летящую стрелу" Зенона Элейского. Вот почему вообще есть таблица кварков? Почему верхний = верхнему и т.д.? Почему фотоны имеют равную энергию, скорость константу? Теперь мы сопоставим все к нашему трехмерному миру и смотрим на трехмерную энергию и материю с взаимодействиями даже на расстоянии. Вытекает следующее, что нам необходима средневековая квинтэссенция, которая заполняет весь мир (большой взрыв в любом случае сказка). И все кварки меняем на волновые процессы передачи энергии (движение, чистая механика). А темная материя" пусть будет элементарной частицей, имеющей векторной скоростью, которая при сталкивании (подобно ускорителям частиц) обретает вращательные силы, меняя векторные на пращение в двух осях одновременно и образование волнового колебания квинтэссенции, что и является в дальнейшем объёмом частицы во взаимодействиях. Сил трений в таком микро мире не существует. Можете нарисовать для себя подобное пространство и указать на всех частицах векторные силы и найдете замкнутую систему закона сохранения энергии...
    +
      ещё комментарии
Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: