Доказано существование бессмертных квантовых частиц

01.07.2019

В окружающем нас мире нет ничего вечного. Люди, планеты, звезды, галактики и, возможно, вся Вселенная имеют определенный "срок жизни". Но происходящее в странном квантовом мире часто не следует обычным правилам. И недавно ученые обнаружили, что квазичастицы определенных типов, существующие в квантовых системах при определенных условиях, могут существовать практически бесконечно. Это не означает, что данные квазичастицы никогда не распадаются, но они тут же восстанавливаются, словно "птица Феникс из пепла", что делает их совершенно "бессмертными".

Описанное выше с первого взгляда входит в прямое противоречие со вторым законом термодинамики, согласно которому уровень энтропии в изолированной системе может только увеличиваться. Другими словами, объекты, входящие в эту систему, могут только разрушаться, но не формировать, объединяясь с другими, более крупные и более сложные объекты. Однако, поведение объектов квантовых систем практически никогда не подчиняется обычным законом, и обнаруженные квазичастицы являются прямым тому подтверждением.

Квазичастицы не являются частицами, такими, как электроны или кварки, в традиционном понимании. Квазичастицы - это следствие возникновения энергетических возбуждений в среде их существования, вызванных электрическими или магнитными воздействиями. В большинстве случаем квазичастицы - это связанные друг с другом две или большее число частиц, которые ведут себя как одна частица большого размера.

К квазичастицам можно отнести фононы - дискретные образования из энергии вибрации атомов в кристаллической решетке, поляроны, представляющие собой пойманные в ловушку поляризационного облака кристаллической решетки электроны.

В своих исследованиях ученые из Института физики сложных систем Макса Планка и Технического университета в Мюнхене сконцентрировались исключительно на квазичастицах волновой природы, подобных фононам, для чего был разработан ряд численных методов, ставший основой моделирующего программного обеспечения для суперкомпьютера. Расчеты математических моделей показали, что все частицы действительно распадаются, но некоторые из них тут же возникают снова. Распад и возникновение частицы происходят очень быстро и являются этапами еще одного колебательного процесса, способного длиться до бесконечности.

И, как указали ученые-физики, происходящее с квазичастицами не нарушает второго закона термодинамики. Поскольку колебания - это волновые функции, то во время данного процесса происходит постоянное преобразование энергии в материю и обратно, что "находится под защитой" принципа дуализма квантовых частиц. А энтропия квантовой системы в таком случае не увеличивается и не уменьшается, а остается на постоянном уровне.

Данное открытие уже позволило найти объяснения некоторым странным вещам. К примеру, на свете существует магнитный материал Ba3CoSb2O9, который обладает высокой стабильностью. И, похоже, ключевым моментом этой стабильности являются магнитные квазичастицы, магноны, которые снова возникают после их распада. Вторым примером является гелий, который превращается в сверхтекучую жидкость при температуре, близкой к абсолютному нулю. Эта особенность гелия может быть объяснена фактом наличия в нем потенциально "бессмертных" квазичастиц, называемых ротонами.

<< Назад: Открыто новое свойство света 02.07.2019

>> Вперед: Занятия музыкой способствуют успехам в учебе 01.07.2019

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Безлинзовая ИК-система 02.10.2025

Инфракрасные технологии занимают особое место в науке и технике. Они позволяют заглянуть туда, где человеческий глаз бессилен, - в темноту, сквозь дымку или туман, на значительные расстояния. Однако развитие этой области сдерживают дорогие и капризные камеры, требующие охлаждения и сложного обслуживания. Китайские исследователи предложили неожиданный выход: создание безлинзовой системы, которая превращает невидимое инфракрасное излучение в четкие изображения с помощью оптики нового поколения. В основе этой разработки лежит древняя идея "изображения через отверстие", о которой еще в IV веке до нашей эры писал философ Мо-цзы. Современные ученые пошли дальше и вместо физической дырочки сформировали оптическое отверстие прямо в нелинейном кристалле, используя сверхкороткие лазерные импульсы. Такое решение позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет, который без труда фиксируется обычными кремниевыми сенсорами. Руководитель проекта профессор Хэпинг Цзэн подчеркивае ...>>

Жара вызывает агрессию 01.10.2025

Животный мир чутко реагирует на изменения температуры, и в последние годы ученые все чаще обращают внимание на то, как жара влияет не только на физиологию, но и на поведение живых существ. Рост глобальных температур способен не только изменять экосистемы, но и формировать новые социальные модели у животных. Одним из тревожных проявлений оказывается рост агрессивности, который наблюдается у самых разных видов. В лаборатории Университета Юга в Сьюани, штат Теннеси, экологи наблюдали за чернобрюхими саламандрами Desmognathus amphileucus. Эти небольшие амфибии, обитающие в ручьях Аппалачей, продемонстрировали ярко выраженное территориальное поведение: они пытались кусать соперников и заставлять их покидать занятую территорию. Интересно, что у близкородственных видов - саламандры Окои и тритона - подобных реакций не зафиксировали. Это подчеркивает избирательность явления и его связь с особенностями конкретных организмов. Сходные результаты были получены и в экспериментах с другими вид ...>>

Случайная новость из Архива Успеху графена мешают частицы кремния 16.12.2018 Выйдя из лабораторий в массовое производство, графен должен был произвести революцию. Однако и графен, и оксид графена уже несколько лет производят в промышленных масштабах, а ожидаемого прорыва так и не произошло. Устройства, в которых используется графен, до сих пор показывали совсем не такие превосходные результаты, как ожидалось. Сырьем для промышленного производства графена служит очищенная от примесей разновидность графита. Рухолла Джалили (Rouhollah Jalili), Дорна Исрафилзаде (Dorna Esrafilzadeh) и их коллеги из Мельбурнского королевского технологического университета и иранского НИИ фундаментальных наук сравнили два графена: промышленный и тот, который создали в лаборатории из чистейшего графита. Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия показала, что во всех коммерческих образцах есть примеси кремния. Частицы кремния попадают в графен из исходного сырья, поясняют авторы в недавней публикации в Nature. Ситуацию усугубляет то, что коммерческие производители графена перешли на относительно дешевое сырье, которое как раз и содержит примеси. А чем же вредит кремний графену? Специалисты считают, что кремний, в частности, препятствует взаимодействию молекул жидкостей с поверхностью двумерного материала. В итоге сенсоры влажности на основе графена оказываются не такими чувствительными, как в теории, а конденсаторы из графена с примесями имеют меньшую емкость. Исследователи попытались очистить коммерческий графен от кремния в растворе щелочи, однако слой загрязнителя оказался прочным, а едкий раствор нарушал структуру двумерного материала. Так что единственный способ избежать загрязнения - это использовать сверхчистое сырье. Авторы работы создали и протестировали датчик влажности и конденсатор из почти идеального по чистоте графена. Характеристики датчика оказались лучше, чем у каких-либо других известных сенсоров из двумерного материала, а конденсатор и вовсе оказался с рекордной емкостью, почти совпадающей с той, что предсказана теоретически.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025