Tyrėjai atranda hibridinę kvantinę sistemą

JQI tyrėjai atrado kvantinę sistemą, apjungiančią reguliavimą ir chaosą.

Paprastai žodis „chaosas“ sukelia neteisėtumą: užimtos dienos, paauglių miegamieji, mokesčių sezonas. Fizinis chaoso supratimas nėra toli. Labai sunku nuspėti, kaip ir orą. Chaosas leidžia mažiems įdubimams (drugelio sparnų plazdėjimui) išaugti į didelį vaisių. (Taifūno pusė pasaulio), o tai paaiškina, kodėl daugiau nei kelių dienų būsimos orų prognozės yra nepatikimos. Kiekviena oro molekulė, kuri nuolat šokinėja, taip pat yra chaotiška, beveik neįmanoma nustatyti, kiek laiko gali būti viena molekulė.

Dabar jums gali kilti klausimas, kodėl kam nors rūpi tiksli vienos oro molekulės vieta. Jums taip pat gali rūpėti savybės, kuriomis dalijasi visos molekulės, pvz., Temperatūra. Galbūt netyčia būtent chaotiškas molekulių pobūdis priverčia jas užpildyti kambarį ir pasiekti vieną temperatūrą. Asmenų chaosas galiausiai sukėlė tvarką.

Labai patogu naudoti vieną skaičių (temperatūrą), norint apibūdinti didelį beprotišku ir nenuspėjamu būdu šokinėjančių dalelių skaičių. Bet tai įvyko ne visada. Todėl JQI teorinių fizikų komanda nusprendė suprasti, kai bus pritaikytas šis paaiškinimas.

„Čia ambicingas tikslas yra suprasti, kaip chaosas ir universali daugumos fizinių sistemų tendencija pasiekti šiluminę pusiausvyrą kyla iš pagrindinių fizikos dėsnių“, – sakė JQI narys Viktoras Galitskis, Merilendo universiteto fizikos profesorius. (UMD) .

Pirmas žingsnis siekiant šio ambicingo tikslo Galitskis ir du jo kolegos ėmė suprasti, kas atsitinka, kai susiburia daugybė dalelių, kurių kiekviena turi chaosą. Pavyzdžiui, vienišo ritulio judėjimas oro ritulio žaidime, kuris nuolat atsimuša į sieną, yra chaotiškas. Bet kas nutinka, kai ant stalo išleidžiama daug ančiukų? Ir dar daugiau, o jei šuniukas paklūsta kvantinės fizikos dėsniams?

Neseniai žurnale paskelbtame darbe Fizinio apžvalgos laiškasKomanda ištyrė šį oro ritulio klausimą kvantinėje srityje. Jie atrado, kad kvantinės problemos (kai ritės iš tikrųjų yra kvantinės dalelės, tokios kaip atomai ar elektronai), yra netinkamos arba chaotiškos. Bet tai tik šiek tiek abiejų, pagal vieną bendrą chaoso matavimo metodą. Jų teorija yra pakankamai bendra, kad būtų galima paaiškinti daugelį fizinių parametrų, įskaitant ledo ritulio žaidimų induose esančias molekules, kvantinį orą ir šokinėjančius elektronus neorganizuotuose metaluose, pavyzdžiui, varinėje vieloje.

“Mes visada manėme, kad tai problema, kuri jau seniai išspręsta kai kuriuose vadovėliuose”, – sakė Yunxiangas Liao, JQI postdocas ir pirmasis autorius. “Paaiškėjo, kad tai sunkesnė problema, nei mes manėme. Tačiau rezultatai yra įdomesni, nei mes manėme “.

Viena iš priežasčių, kodėl ši problema ilgą laiką liko neišspręsta, yra ta, kad kai kvantinė mechanika patenka į paveikslą, įprastas chaoso apibrėžimas neįsigalioja. Klasikiniu būdu drugelio efektas, turintis nedidelį pradinių sąlygų kitimą, sukeliantį drastiškus vertikalės pokyčius, dažnai naudojamas kaip apibrėžimas. Tačiau kvantinėje mechanikoje pradinės arba galutinės padėties sąvoka neturi prasmės. Neapibrėžtumo principas teigia, kad tiksli kvantinių dalelių vieta ir greitis negali būti žinomi tuo pačiu metu. Todėl dalelės trajektorija nėra gerai apibrėžta, todėl neįmanoma atsekti, kaip skirtingos pradinės sąlygos lemia skirtingus rezultatus.

Viena taktika tiriant kvantinį chaosą yra naudoti kažką klasikinio chaotiško, pavyzdžiui, ritulį, šokinėjantį aplink oro ritulio stalą ir gydantį jį mechaniškai. Žinoma, klasikinis chaosas turėtų pasikeisti. Ir, žinoma, yra Bet kai į jį dedi daugiau nei vieną kvantą, viskas tampa mažiau aišku.

Klasikiniu būdu, jei ančiukai sugebėdavo atsimušti, keisdamiesi energija, jie galiausiai pasiekdavo vieną temperatūrą, atskleisdami visą esminio chaoso seką. Bet jei ančiukai nesusitrenkia ir praeina kaip vaiduokliai, jų galia niekada nepasikeis: karštieji išlieka karšti, šaltieji išlieka vėsūs ir niekada nepasiekia tos pačios temperatūros. Iš chaoso negalėjo kilti visiška tvarka.

Komanda įtraukė šį vaiduoklio oro ritulio žaidimą į kvantinių mašinų sritį, tikėdamasi to paties elgesio – chaoso vienai kvantinei dalelei. Bet nėra bendros tvarkos, kai jų yra daug Norėdami ištirti šį nuojautą, jie pasirinko vieną seniausių ir plačiausiai naudojamų kvantinio chaoso testų. (Nors tai nėra lengviausias bandymas suprasti)

Kvantinės dalelės gali turėti ne tik energiją. Turimi lygiai yra „kvantiniai“, o tai iš esmės reiškia, kad jie yra apriboti konkrečia verte. Dar aštuntajame dešimtmetyje fizikai išsiaiškino, kad jei kvantinės dalelės veikė nuspėjamai, jų energijos lygis nebuvo visiškai priklausomas vienas nuo kito, tikėtinos vertės greičiausiai nesusijungė. Arba vidutiniškai pasiskirstė Bet jei kvantinė dalelė yra chaotiška, atrodo, kad energijos lygiai vengia vienas kito, pasiskirstę įvairiais būdais. Šis energijos išstūmimas dažnai naudojamas kaip vienas iš kvantinio chaoso apibrėžimų.

Kadangi jų ledo ritulio jaunikliai nereaguoja ir jos bendradarbiai nesitiki, kad jie susitars dėl temperatūros, vadinasi, jie nematys jokio kylančio chaoso požymio. Jie manė, kad energijos lygis vienas kitam nerūpės.

Jie ne tik rado teorinius tam tikro atstūmimo įrodymus – kvantinio chaoso požymius. Tačiau jie taip pat nustatė, kad tam tikri lygiai labiau linkę klasteriauti, o ne atremti – tai naujas reiškinys, kurio jie negalėjo paaiškinti. Pasirodo, kad ši apgaulinga paprasta problema yra netinkama arba chaotiška. Bet tai abejotinas šių dviejų derinys, kurio niekada nebuvo.

Komanda sugebėjo atrasti hibridą naudodama naujoviškus matematinius metodus. “Ankstesniuose skaitiniuose tyrimuose mokslininkai sugebėjo sujungti tik 20 arba 30 dalelių”, – sakė Liao. Mes iš atsitiktinės matricos teorijos galime sujungti 500 ir daugiau. Šis metodas taip pat leidžia apskaičiuoti labai didelių sistemų analitinį elgesį “.

Naudodamiesi šia matematikos sistema ir įdomiai susidomėję, mokslininkai dabar plečia skaičiavimus, kad ledo ritulio kamuolys galėtų po truputį sąveikauti. “Mūsų preliminarūs rezultatai rodo, kad gali atvėsti. Praeitis tampa matematiniu skirtumu nuo ateities”, Galitskis. „Mes matėme, kad maži trukdžiai buvo eksponentiškai sustiprinti ir sunaikinti. Pasirašykite likusius įsakymus Bet tai jau kita istorija “

Nuoroda: Yunxiang Liao, Amit Vikram ir Victor Galitski „Kvantinė kūno dalelių chaoso statistika“, 2020 m. Gruodžio 18 d., Galima rasti čia. Fizinio apžvalgos laiškas.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.250601

Be Liao ir Galitski, darbo autorė yra ir UMD fizikos JQI magistrantė Amit Vikram.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Išradingi vandenyno mikrobai puikiai renka maistą, kai jo trūksta

Coscinodiscus wailesii diatoma su pritvirtinta Pseudovorticella coscinodisci ciliarine epibionte. Brūkšninės linijos gaunamos iš srautų, kuriuos generuoja silikatiniai epibionai. Šaltinio vaizdo įrašas buvo...

Žindymas – net kelias dienas – susijęs su mažesniu vaikystės kraujospūdžiu

Net keletą dienų žindomų kūdikių kraujospūdis 3 metų amžiaus yra žemesnis nei vaikų, kurie niekada nemaitino krūtimi. Žindomų naujagimių kraujospūdis yra žemas, neatsižvelgiant į jų...

Dirbtinio intelekto naudojimas norint rasti senėjimo cheminius junginius

Iki Surėjaus universitetas 2021 m. Liepos 24 d Surrey universitetas sukūrė dirbtinio intelekto (AI) modelį, kuris identifikuoja sveiką senėjimą skatinančius cheminius junginius, atverdamas kelią farmacijos naujovėms,...

NASA apdovanojo „SpaceX“ sutartį su „Europa Clipper“ misijos įkūrimu

Jis yra NASA 2021 m. Liepos 24 d Šis vaizdas, patikslintas 2020 m. Gruodžio mėn., Rodo NASA erdvėlaivį „Europa Clipper“. Vidaus vandenynams padvigubėjus žemės vandenynų...

Surasti povandeninį kalną šalia Kalėdų salos kaip Saurono akis

Autoriai: Philas Vandenbossche'as ir Nelsonas Kuna / CSIRO Kaip ir „Žiedų valdovo“ trilogijos Saurono akis, povandeninį vulkaną tyliai atskleidė kelių spindulių sonaras, esantis 3100 metrų...

Newsletter

Subscribe to stay updated.