Группу симметрии квантовой электродинамики воспроизвели на практике

Фундаментальные законы физики основаны на симметриях, которые, кроме прочего, определяют взаимодействие между заряженными частицами. Используя ультрахолодные атомы, исследователи из Гейдельбергского университета смогли экспериментально построить симметрии квантовой электродинамики. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Теория квантовой электродинамики представляет собой часть квантовой теории поля, которая описывает электромагнитные взаимодействия. Она учитывает, в отличие от других теорий, не только непрерывные, но и дискретные свойства поля, которые обуславливаются существованием его квантов — фотонов. Взаимодействие электромагнитного излучения с заряженными частицами рассматривается в квантовой электродинамике как поглощение и испускание частицами фотонов.

Квантовая электродинамика основана на математической группе симметрии U(1). Этой группе соответствуют любые вращения Земли вокруг оси север — юг. Также U(1) описывает распространение электромагнитной волны, которая в каждый момент времени имеет соответствующую фазу. Физики из Гейдельбергского университета стремились показать на практике работу этой группы симметрии. Теперь им удалось сделать это, использовав ультрахолодные атомы.

Ученые создали квантовую симуляцию калибровочной U(1)-теории, используя смесь из двух газов бозонов, заключенных в одномерную оптическую решетку, которая представляет собой по факту потенциальную яму. Физики разработали элементарный строительный блок для одной такой ямы и продемонстрировали его надежную работу, при которой сохраняется инвариантность калибровочной теории.

«Мы рассматриваем результаты нашего исследования как важный шаг на пути к созданию системы из цепочек правильно связанных "строительных блоков". Наше исследование позволяет реализовать на практике принципы квантовой электродинамики в ультрахолодных атомах», — объясняет профессор Гейдельбергского университета Фред Йендржеевски.

По мнению исследователей, одним из возможных практических применений их открытия может стать разработка квантовых устройств для моделирования сложных физических явлений, которые не могут быть изучены с помощью ускорителей частиц. Элементарный строительный блок, представленный в этой работе, может также помочь в области исследования материалов, например сильно взаимодействующих систем, свойства и характеристики которых практически невозможно рассчитать.

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