Физики «наблюдали» кота Шредингера с новым «мехом»

Исследователи из Технического университета Дрездена (TUD) и Мюнхенского технического университета (TUM) обнаружили совершенно новый тип фазовых переходов. Они демонстрируют явление квантовой запутанности с участием многих атомов, которое ранее наблюдалось только в области нескольких атомов. Результаты были недавно опубликованы в научном журнале Nature.

В физике кот Шредингера — это аллегория двух наиболее впечатляющих эффектов квантовой механики: запутанности и суперпозиции. Исследователи из Дрездена и Мюнхена теперь наблюдали такое поведение в гораздо большем масштабе, чем у мельчайших частиц. До сих пор было известно, что материалы, обладающие свойствами, такими как магнетизм, имеют так называемые домены — островки, в которых свойства материалов однородны. Если бы это были цвета — то это были бы черные и белые островки. Но изучив фторид лития-гольмия (LiHoF 4), физики обнаружили совершенно новый фазовый переход, при котором домены неожиданно проявляют квантово-механические свойства, в результате чего их свойства становятся запутанными (оставаясь одновременно черными и белыми).

«У нашего “квантового кота” теперь новый “мех”, потому что мы обнаружили новый квантовый фазовый переход в LiHoF 4, о существовании которого ранее не было известно», — говорит Матиас Войта, заведующий кафедрой теоретической физики твердого тела в Технического университета Дрездена.

Такие свойства, как магнетизм или сверхпроводимость, возникают в результате фазовых переходов электронов в кристаллах. Для фазовых переходов при температурах, приближающихся к абсолютному нулю при -273,15 °C, в игру вступают квантово-механические эффекты, такие как запутанность и квантовые фазовые переходы.

При очень низких температурах LiHoF 4 действует как ферромагнетик, в котором все магнитные моменты спонтанно направлены в одну сторону. Если приложить магнитное поле точно вертикально к предпочтительному магнитному направлению, магнитные моменты изменят направление, что известно как флуктуации. Чем выше напряженность магнитного поля, тем сильнее становятся эти флуктуации, пока, в конце концов, ферромагнетизм полностью не исчезнет при квантовом фазовом переходе. Это приводит к запутыванию соседних магнитных моментов. «Если вы поднесете образец LiHoF 4 к очень сильному магниту, он внезапно перестанет быть самопроизвольно магнитным. Это известно уже 25 лет», — говорит Войта.

Новым является то, что происходит, когда вы меняете направление магнитного поля. «Мы обнаружили, что квантовый фазовый переход продолжает происходить, в то время как ранее считалось, что даже малейший наклон магнитного поля немедленно подавит его», — объясняет соавтор исследования, профессор топологии коррелированных систем в Мюнхенском техническом университете Кристиан Пфлейдерер. Однако в этих условиях квантовым фазовым переходам подвергаются не отдельные магнитные моменты, а достаточно обширные магнитные области, так называемые ферромагнитные домены.

«Мы использовали сферические образцы для наших прецизионных измерений. Именно это позволило нам точно изучить поведение при небольших изменениях направления магнитного поля», — добавляет Андреас Вендль, проводивший эксперименты в рамках своей докторской диссертации.

«Мы открыли совершенно новый тип квантовых фазовых переходов, при котором запутывание происходит в масштабах многих тысяч атомов, а не только в микромире нескольких, — объясняет Войта. — Если вы представляете магнитные домены как черно-белый узор, новый фазовый переход приводит к тому, что белые или черные области становятся бесконечно малыми, то есть создают квантовый узор, а не полностью растворяются». Недавно разработанная теоретическая модель успешно объясняет данные, полученные в результате экспериментов.


Читать далее:

Первые снимки подземной части Марса удивили ученых

Галактика, расположенная в 12 млрд световых лет от Земли, «свернулась» в кольцо Эйнштейна

Установка на Марсе производит кислород со скоростью среднего дерева

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Создано музыкальное приложение для реабилитации после инсульта
Наука
«Эффект аккордеона» превращает жесткий графен в эластичный материал
Наука
ИИ восстановил имя автора свитка, который пережил последний день Помпеи
Наука
Частный лунный модуль вышел на орбиту спутника после двух месяцев полета
Космос
Предок тираннозавра «иммигрировал» в Америку из Азии, считают ученые
Наука
Обновленный Gemini 2.5 Pro от Google возглавил рейтинг ИИ для разработчиков
Новости
Ученые решили проблему, которая мешала запуску термоядерных реакторов почти 70 лет
Наука
Китайское «супероружие» для подводных диверсий оказалось не таким, как считалось
Новости
Отключение мобильного интернета в Москве: какие последствия для бизнеса
Новости
Киберполиция назвала новые схемы мошенников: как они воруют аккаунты на «Госуслугах»
Новости
Хокинг предсказал гибель Земли: оказалось, НАСА сочло угрозу реальной
Наука
Создатель Ethereum признал свои ошибки и решил изменить криптовалюту
Новости
«Ред ОС 8» заработала на Arm-платформах — теперь и на «Байкале»
Новости
Компания Цукерберга использовала уязвимость подростков для рекламы
Новости
Старая модель не работает: ученые ищут новые объяснения устройства Вселенной
Космос
Пыльцевая буря накрыла центр России: что это и как защититься аллергикам
Наука
3400-летние артефакты загадочного племени нашли на вершине потухшего вулкана в Венгрии
Наука
На 3D-принтере напечатали электрод, который работает эффективнее ЭЭГ
Наука
Древесная стружка и ветки: открыт необычный способ мумификации с удивительной эффективностью
Наука
Физики MIT наблюдали квантовые взаимодействия между атомами
Наука