նախընտրելի դարձնել
Ֆիզիկոսները առաջարկել են քվանտային նյութի անսովոր վիճակի՝ կոտորակային Ֆերմի ծովի (fractional Fermi sea) տեսական նկարագրություն։ Դրանում մասնիկները պահպանում են կարգավորված կառուցվածքը, նույնիսկ երբ համակարգը դուրս է բերվում սովորական պայմանների սահմաններից շատ հեռու։ Դրա համար գիտնականներն առաջարկում են բազմիցս փոխարկել ուլտրասառը ատոմների միջև փոխազդեցությունը ուժեղ վանումից դեպի ուժեղ ձգում։
Աշխատանքը հրապարակվել է Physical Review Letters ամսագրում։ Հետազոտությունը կարող է օգնել ուսումնասիրել քվանտային վարքի այն ձևերը, որոնք հնարավոր չէ ամբողջությամբ բացատրել միաչափ համակարգերի վերաբերյալ գոյություն ունեցող տեսություններով, հայտնում է Sciencedaily-ը։
Ինչպես են ատոմները դուրս գալիս սովորական վարքի սահմաններից
Սովորական պայմաններում քվանտային մասնիկների վարքը ենթարկվում է որոշակի կանոնների։ Օրինակ՝ ֆերմիոնները, որոնց այս կատեգորիային պատկանում են էլեկտրոնները, չեն կարող միաժամանակ զբաղեցնել նույն քվանտային վիճակը։ Շատ ցածր ջերմաստիճաններում դրանք լրացնում են հասանելի էներգետիկ մակարդակները՝ ձևավորելով այսպես կոչված Ֆերմի ծովը։
Հետազոտողները որոշեցին պարզել, թե ինչ տեղի կունենա, եթե մշտապես փոխվեն մասնիկների միջև փոխազդեցության պայմանները։ Դրա համար նրանք դիտարկել են ցեզիումի ուլտրասառը ատոմներ, որոնց շարժումը սահմանափակված է մեկ ուղղությամբ։ Այդպիսի միաչափ համակարգը թույլ է տալիս ավելի ճշգրիտ վերահսկել քվանտային փոխազդեցությունները և ուսումնասիրել դրանց հետևանքները։
Գիտնականները մոդելավորել են փոխազդեցության բազմակի փոխարկումը ուժեղ վանումի և ուժեղ ձգման միջև։ Հաշվարկները ցույց են տվել, որ համակարգը, որը սկզբում գտնվում էր հիմնական վիճակում՝ նվազագույն էներգիայով կոնֆիգուրացիայում, կարող է անցնել ուժեղ գրգռված վիճակի՝ չկորցնելով ներքին կազմակերպվածությունը։
Ստացված կառուցվածքը հետազոտողները կոչել են կոտորակային Ֆերմի ծով։ Անվանումը արտացոլում է քվանտային վիճակների լցման անսովոր եղանակը, որը տարբերվում է Ֆերմի ծովի սովորական պատկերացումից։
«Համակարգը պարզապես տաքացնելու փոխարեն՝ փոխազդեցությունների փոփոխության ցիկլը վերադասավորում է ատոմները նոր բազմամասնիկային վիճակի մեջ», — բացատրել է աշխատանքի առաջին հեղինակ Ի Ցզենգը։
Գրգռված վիճակ, որտեղ կարգը պահպանվում է
Սովորաբար թերմոդինամիկական հավասարակշռությունից հեռու գտնվող համակարգերը ցուցաբերում են բարդ վարք, որը դժվար է նկարագրել։ Սակայն, ըստ հաշվարկների, կոտորակային Ֆերմի ծովը չի վերածվում գրգռված մասնիկների պատահական հավաքածուի․ այն պահպանում է բնորոշ կառուցվածքը։
Այդ կարգավորվածության նշաններից մեկը Ֆրիդելի արտահայտված օսցիլյացիաներն են։ Դրանք մասնիկների խտության ալիքաձև փոփոխություններ են, որոնք առաջանում են քվանտային փոխազդեցությունների պատճառով։ Հետազոտողները նաև հայտնաբերել են մասնիկների միջև կորելյացիաների հեռավորությունից կախվածության անսովոր բնույթ․ դրանց միջև կապերը թուլանում են այնպիսի օրինաչափությամբ, որը տարբերվում է սովորական տեսական կանխատեսումներից նույնիսկ համեմատաբար թույլ վանման դեպքում։
Մասնավորապես, ստացված արդյունքները լիովին չեն տեղավորվում Տոմոնագա-Լատտինջերի հեղուկի տեսության շրջանակներում։ Այն լայնորեն օգտագործվում է միաչափ համակարգերում փոխազդող քվանտային մասնիկների նկարագրության համար։
Սա ցույց է տալիս, որ կոտորակային Ֆերմի ծովը կարող է ներկայացնել քվանտային վիճակի հատուկ տեսակ, որի հատկությունները պահանջում են լրացուցիչ տեսական բացատրություն։
«Այս վիճակը ուժեղ գրգռված է, բայց պատահական չէ։ Դրա թաքնված կարգը դրսևորվում է մասնիկների միջև կորելյացիաներում», — նշել է հետազոտական խմբի ղեկավար Հանս-Քրիստոֆ Նեգերլը։
Ինչ նոր մասնիկներ կարող են առաջանալ համակարգում
Այս անսովոր վիճակը կարող է կապված լինել նաև ոչ տիպական քվազիմասնիկների առաջացման հետ։ Այսպես ֆիզիկոսներն անվանում են կոլեկտիվ գրգռումները, որոնք իրենց պահում են առանձին մասնիկների նման, թեև առաջանում են բազմաթիվ փոխազդող օբյեկտների համաձայնեցված շարժման շնորհիվ։
Նեգերլի կարծիքով՝ հայտնաբերված գրգռումները կարող են այնքան անսովոր լինել, որ դրանց համար առանձին անվանում պահանջվի։ Որպես հնարավոր տարբերակ նա առաջարկել է «սուպերֆերմիոններ» տերմինը, սակայն առայժմ սա միայն ենթադրություն է, ոչ թե կայացած գիտական հասկացություն։
Հետազոտողները կոտորակային Ֆերմի ծովը դիտարկում են որպես քվանտային նյութի հնարավոր կրիտիկական փուլ՝ վիճակ, որն ունի կորելյացիաների բնորոշ օրինաչափություններ և դուրս է գալիս սովորական մոդելների շրջանակներից։
Ինչու ստեղծել անսովոր քվանտային վիճակներ
Աշխատանքը ցույց է տալիս, թե ինչպես է քվանտային մոդելավորումը օգնում ուսումնասիրել երևույթներ, որոնք դժվար է վերարտադրել կամ հետազոտել այլ եղանակներով։ Այդպիսի փորձերում գիտնականները որպես ավելի բարդ ֆիզիկական գործընթացների մոդել օգտագործում են լավ վերահսկվող քվանտային համակարգեր՝ օրինակ ուլտրասառը ատոմներ։
Հետազոտողները կարող են ճշգրտորեն փոխել ատոմների միջև փոխազդեցությունները և հետևել, թե ինչպես է համակարգը արձագանքում այդ փոփոխություններին։ Սա թույլ է տալիս ոչ միայն ստուգել արդեն գոյություն ունեցող տեսությունները, այլև որոնել քվանտային նյութի կազմակերպման նոր ձևեր։
Առայժմ հրապարակված աշխատանքը ձևավորում է կոտորակային Ֆերմի ծովերի տեսական հիմքը։ Քվանտային մոդելավորման միջոցով նման վիճակի փորձարարական ստեղծմանը նվիրված ուղեկցող հետազոտությունը ներկայումս անցնում է գրախոսություն։
Այսպիսով, այս անսովոր կառուցվածքի գոյությունը դեռ պետք է հաստատվի առանձին փորձարարական հրապարակման շրջանակում։ Եթե արդյունքները հաստատվեն, դրանք կօգնեն ընդլայնել պատկերացումները այն մասին, թե ինչպես քվանտային մասնիկները կարող են պահպանել կարգը նույնիսկ հավասարակշռությունից հեռու պայմաններում։
