Квантово състояние в лабораторни условия е довело до нещо, което математически е неразличимо от явление, наблюдавано само при сблъсък на черни дупки - гравитационните вълни.
Гравитационните вълни са предсказани от Айнщайн през 1916 г. като "пулсации" на пространство-времето, причинени от масивни космически събития като сблъсъци на черни дупки. За първи път гравитационни вълни са наблюдавани едва през 2015 г.
Учени от Япония предложиха нов метод за симулиране на гравитационни вълни в лаборатории, подробно описан в нова статия, публикувана във Physical Review B.
Гравитационните вълни могат да съдържат важна информация за Вселената.
"Проблемът е, че те са много, много трудни за наблюдение", заявява главният автор професор Ник Шанън (Nic Shannon), ръководител на звеното в Института за наука и технологии в Окинава (OIST - Okinawa Institute for Science and Technology), което е извършило изследването.
Масивни инструменти като американската Лазерна интерферометрична гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO) са създадени, за да откриват промени в дължината с размерите на субатом, за да се забележат гравитационните вълни. Но дори и този вид детектори могат да засекат само гравитационни вълни, причинени от най-интензивните събития във Вселената, като сливането на черни дупки.
Друг начин за разбиране на Вселената чрез изследване на гравитационните вълни би бил да се изучават явления на Земята, които имитират тези космически пулсации.
Екипът открива такова явление въз основа на друг принос на Айнщайн към физиката.
Айнщайн е предсказал, че определен вид субатомни частици, наречени бозони, могат да съществуват в състояние, наречено кондензат на Бозе-Айнщайн, в което група частици действат в унисон.
При температури близо до абсолютната нула, атомите са в най-ниското си енергийно ниво. При тези температури квантово-механични ефекти стават забележими. В резултат на вероятностното им позициониране, атомите ще са като размити топки. С понижаване на температурата, топките все повече ще се размиват и ще стават все по-малко определени. Атомите ще са едновременно на едно и също място (за разлика от фермионите с полуцял спин, подчиняващи се на принципа на Паули) и всеки от тях ще "се размазва" по цялата област на пространството. Тогава атомите ще загубят своята индивидуална идентичност - всички те ще имат едно и също квантово състояние и ще се обединят в един-единствен "супер атом" - домейн. По идея на a-level physics tutor
Те се фокусират върху специфичен тип кондензат на Бозе-Айнщайн, наречен спин-нематика.
"Нематичните фази са навсякъде около нас", казва Шанън. "В течнокристалните дисплеи (LCD) на нашите смартфони, таблети и телевизори."
В нематичната фаза всички транслационни симетрии са непрекъснати. Позициите на молекулите са неподредени във всички посоки. Всичките им ориентации обаче са еднакви, така че ротационната симетрия остава дискретна.
Основната картина на спиновата нематика е, че квантовият магнит може също да действа като течен кристал, нарушавайки симетрията ротация на спина, без да нарушава симетрията на обръщане на времето.
Спин-нематично състояние на триъгълна решетка и нейните спин-2 възбуждания. (a) Основно състояние на фероквадруполя (FQ), при което квадруполните моменти на въртене се подравняват с обща ос. ( b ) Дисперсия на възбужданията относно FQ състоянието, както се разкрива от квадруполарния структурен фактор ????Q(????,????)[Eq. (23) ]. Линейният характер на дисперсията при дълги дължини на вълната, ????(????)=????|????|(черна пунктирана линия) е в съответствие с прогнозите на теорията на полето [Eq. (16) ]. Характерът на спин-2 на възбужданията с дълга дължина на вълната може да бъде изведен от високия интензитет на структурния фактор при ниски енергии. Резултатите са показани за спин-1 билинеен биквадратичен (BBQ) модел [Eq. (22) ], с параметри ????1=0,????2=−1, както е описано в реф. Кредит: Chojnacki et al
Квантовите частици в спин-нематично състояние пренасят енергия чрез вълни.
"Раазбрахме, че свойствата на вълните в спин-нематично състояние са математически идентични с тези на гравитационните вълни", обяснява Шанън.
Числена симулация на гравитационни вълни в материя в спин-нематично състояние. Кредит: Chojnacki et al.
"Този резултат е важен, защото дава възможност да се симулират и изследват гравитационни вълни в много по-проста експериментална среда и да се използват резултатите, за да ни помогнат да разберем истинските гравитационни вълни", отбелязва съавторът професор Хан Ян (Han Yan) от Токийския университет.
"Винаги съм бил очарован от факта, че можем да опишем на пръв поглед различни явления чрез много сходни основни математически структури, и за мен това е най-красивата част от физиката", казва водещият автор д-р Лейли Чойнацки (Leilee Chojnacki) от OIST.
Справка: Gravitational wave analogs in spin nematics and cold atoms; Leilee Chojnacki, Rico Pohle, Han Yan, Yutaka Akagi, and Nic Shannon; Phys. Rev. B 109, L220407 – Published 14 June 2024; ttps://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.109.L220407
Източник: Quantum state mimics gravitational waves, https://cosmosmagazine.com/science/physics/quantum-state-mimic-gravitational-waves/
Още по темата
Физика
Не атоми, а множество ултрастудени молекули са вкарани в екзотично квантово състояние
Технологии
Бивш инженер на НАСА твърди, че е изобретил двигател, който не изисква гориво
Физика
Наблюдаваха нова фаза на Бозе-Айнщайнов кондензат от фотони
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари