Системы из нескольких элементарных частиц ведут себя как системы из миллиардов частиц — Naked Science
11.09.2018
6 минут
Редакция
3
222

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

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.

Позавчера, 15:12
1 минута
Илья Ведмеденко

В Соединенных Штатах провели церемонию спуска на воду USS Cooperstown (LCS 23) — корабля прибрежной зоны Littoral Combat Ship типа Freedom. В скором времени он пополнит состав ВМС США.

Позавчера, 09:37
7 минут
Сергей Васильев

Магнитосфера Земли была достаточно сильной еще до того, как у планеты появилось внутреннее ядро и заработал механизм «геомагнитного динамо»: похоже, на первых этапах ее подпитывал совершенно другой механизм.

Позавчера, 14:50
34 минуты
Александр Березин

SpaceX рассчитывает к 2050 году создать на Марсе колонию на миллион человек. Звучит абсурдно: осталось всего 30 лет, а до первого полета на Марс еще многие годы. Некоторые ученые, включая российских, считают планы Маска «фантазией» и «пропагандой». Тем не менее сама по себе постройка миллионной колонии на Красной планете вполне реальна. Разберемся, почему и отчего в это так трудно поверить остальному миру.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

17 января
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

19 января
23 минуты
Редакция

Возраст планеты, на которой мы живем, – примерно 4,54 миллиарда лет. И большую часть этого времени она была совершенно не похожа на ту Землю, которую мы знаем. Даже самые экзотические планеты за пределами Солнечной системы, возможно, не столь интересны, как наша родная в некоторые моменты ее истории. Наденем скафандр, сядем в машину времени – и представим себя инопланетными путешественниками, посетившими нашу систему в ее ранние времена.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

3 Комментария

Илья
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.
    ulogin_vkontakte_5184780
    12.09.2018
    -
    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...
      12.09.2018
      0
      Сергей Огарков, фотоны как бы не имеют равную энергию. Почитайте про эксперименты с лазером.
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: