Տոկիոյի գիտության ինստիտուտի գիտնականների միջազգային խումբը հայտնաբերել է սկզբունքորեն նոր քվանտային վիճակ՝ կայուն ֆերմիոնային գերհոսունություն՝ ներքին բացառիկ կետերով: Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են հեղինակավոր Physical Review Letters (PRL) ամսագրում:

Ի՞նչ են բացառիկ կետերը և ինչո՞ւ են դրանք կարևոր

Սովորական քվանտային մեխանիկայում համակարգերը նկարագրվում են էրմիտյան օպերատորներով, որոնց էներգետիկ մակարդակները միշտ իրական թվեր են։ Սակայն բաց քվանտային համակարգերում, որտեղ տեղի է ունենում մասնիկների կորուստ կամ էներգիայի ցրում (դիսիպացիա), հավասարումները դառնում են ոչ էրմիտյան:

Այդպիսի համակարգերում կարող են առաջանալ բացառիկ կետեր (exceptional points)՝ առանձնահատուկ վիճակներ, որտեղ միաժամանակ միաձուլվում են մի քանի էներգետիկ մակարդակներ և դրանց համապատասխան ալիքային ֆունկցիաները։

Նախկինում համարվում էր, որ բացառիկ կետերը հայտնվում են միայն ֆազային անցման սահմանին, երբ արտաքին ազդեցությունը քայքայում է գերհոսունությունը։ Սակայն նոր հետազոտությունը ցույց է տվել, որ դրանք կարող են լինել հենց գերհոսուն փուլի ներքին բնութագիրը:

Ինչպե՞ս է հայտնաբերվել նոր փուլը

Գիտնականները հետազոտել են Հաբարդի մոդելի ոչ էրմիտյան տարբերակը՝ զույգերի սպինային սիմետրիայի խախտմամբ։ Այս մոդելում հակադիր սպիններով մասնիկները նախըտրում են շարժվել տարբեր ուղղություններով, ինչի հետևանքով դիսիպացիան դառնում է ասիմետրիկ։

Փոխանակ քայքայելու Կուպերյան զույգերը, այս սպինային անհամաձայնությունը կայունացնում է նոր գերհոսուն վիճակը։ Հաշվարկները ցույց են տվել.

  • Քառակուսի ցանցի վրա բացառիկ գերհոսունությունը առաջանում է նույնիսկ չափազանց թույլ ձգողության դեպքում։
  • Եռաչափ տարածության մեջ բացառիկ կետերը ձևավորում են գծեր իմպուլսային տարածության մեջ։

Նախագծի ղեկավար, դոցենտ Ակիհիսա Կոգան նշել է, որ այս փուլը սկզբունքորեն տարբերվում է նախկինում հայտնի վիճակներից, քանի որ բացառիկ կետերը դրա անբաժանելի մասն են։

Փորձարարական իրականացումը

Հեղինակների կարծիքով՝ այս փուլը կարելի է ստանալ լաբորատոր պայմաններում՝ օգտագործելով ուլտրա սառը ֆերմիոնային գազեր (Լիթիում-6 կամ Կալիում-40): Նման համակարգերում գիտնականները կարողանում են ճշգրիտ կառավարել մասնիկների կորուստը։

Այս հայտնագործությունը ցույց է տալիս, որ դիսիպացիան (էներգիայի ցրումը) կարող է լինել ոչ թե քայքայիչ գործոն, այլ գործիք՝ նյութի նոր քվանտային վիճակներ ձևավորելու համար։

Կարճ ասած

Տոկիոյի գիտության ինստիտուտի ֆիզիկոսները հայտնաբերել են նոր գերհոսուն փուլ՝ ներքին բացառիկ կետերով, որտեղ միաձուլվում են էներգետիկ մակարդակները։ Սա նյութի առաջին վիճակն է, որտեղ նման կետերը փուլի բնածին հատկությունն են, այլ ոչ թե անցման սահմանը։ Այն կայունանում է սպինից կախված ասիմետրիկ դիսիպացիայի շնորհիվ և կարող է փորձարկվել ուլտրա սառը ատոմների միջոցով։