Впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения. Результаты работы международного коллектива с участием сотрудников Новосибирского государственного университета изложены в журнале Nature Physics.

Фазовые переходы происходят в окружающем мире повсеместно. К таким процессам, например, относятся кипение жидкостей и плавление кристаллов. Существуют и более специальные фазовые переходы, которые определяют магнитные свойства металлов. В большей части встречающихся человеку в обычной жизни фазовых переходов главную роль играет температура, именно она определяет границы существования разных фаз. Однако специфические фазовые переходы квантовой природы возможны и при нулевой температуре. В них основным внешним параметром будут другие величины, такие как магнитное поле и давление.

В процессе фазового перехода в непосредственной близости друг от друга могут сосуществовать области разных состояний. При кипении воды, например, внутри нее находятся пузыри пара. Аналогичное явление имеет место и в квантовом режиме, в подобном случае им управляют квантовые флуктуации. В классическом переходе за наличие пузырей отвечают колебания температуры, а в квантовом — принцип неопределенности, одним из следствий которого становится то, что в любой системе, даже вакууме, значения энергии изменяются во времени.

Физики не сомневались, что подобные «квантовые пузыри» одной фазы находятся внутри другой, но непосредственно их наблюдать никому ранее не удавалось. Ученые из Израиля, России и США впервые смогли сделать это, а также получить новую информацию о размерах, характерном времени и пространственном распределении подобных квантовых событий. Ученые использовали СКВИД-магнетометр, который может измерять крошеные вариации магнитного поля с разрешением менее микрона.

Эксперимент открывает новые возможности в исследованиях квантовых фаз материи. Подобные измерения размеров, динамики, распределения и взаимодействия явлений в квантовом режиме станут основой новых фундаментальных подходов к развитию квантовых технологий.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.