Учени демонстрираха възможността да се измери ефекта на съществуващите в четири измерения физически явления върху експерименти, провеждани в триизмерния свят, съобщи Science Daily.
Новата работа се основава на откритията, удостоени с Нобелова награда за физика през 2016 г., и могат да се превърнат в основа за фундаментално нови подходи в квантовата механика, както и за изграждане на теория за квантовата гравитация.
Статията на европейски колектив е публикувана в списание Nature и е достъпна в портала arХiv.
Светът около нас е представен от три измерения. Но в много физически теории се разглеждат ситуации с по-голям брой измервания - в Общата теория на относителността има четири (три пространствени и едно за време, обединени в пространствено-времеви континуум), а теорията за суперструните разглежда поне 10 независими пространствени посоки.
Новата работа на физиците показва възможността да се наблюдава влиянието на 4D процеси върху 3D експерименти, които може образно да се сравни с падането на двумерна сянка от триизмерни обекти.
Физиците изследват система от ултрастудени атоми в двумерен оптичен капан от лазерни лъчи, създавайки суперрешетка - налагайки два периодични потенциала с различни периоди. В тази конструкция се появява нов тип квантов ефект на Хол, който предсказва 4D системи.
Суперрешетка със наложени два периодични потенциала с различни периоди. Exploring 4D quantum Hall physics with a 2D topological charge pump, Michael Lohse et al. Nature 2018
Обичайният ефект на Хол се появява, когато заредени частици се движат в 2D равнина в присъствието на магнитно поле. Магнитното поле генерира Лоренцова сила, която отклонява частиците в посока, перпендикулярна на тяхното движение. В резултат се появява напречна разлика в потенциала (по отношение на първоначалната посока на движение), наречена напрежение на Хол. През 1980 г. Клаус фон Клицинг прави забележителното откритие, че при много ниски температури и много силни магнитни полета това напрежение може да приема само определени стойности. Освен това, тези стойности са идентични, независимо от специфичните свойства на експерименталната проба. Този удивителен факт бе доказано по-късно, че е свързан с топологията на квантовомеханичните вълнови функции, описващи поведението на електроните при такива ниски енергии - основополагащ труд, за който Дейвид Тоулес (David Thouless) от Университета на Вашингтон бе удостоен с Нобелова награда за физика през 2016.
Това откритие се нарича целочислен квантов ефект на Хол.
По-късно се оказа, че необходимо условие за появата на квантов ефект на Хол е именно двумерността на системата, а нейните конкретни физически свойства не са толкова важни. Това се дължи на топологията на квантовомеханичните вълнови функции. Може също така да докаже, че такъв ефект е невъзможен в 3D тела, тъй като посоката, перпендикулярна на скоростта, не е определена еднозначно.
Последващите проучвания показват, че в случай на четири измервания трябва да има подобен ефект, за който бяха предсказани редица фундаментално нови свойства, например нелинеен ток на Хол. Дълго време това остава теоретичен модел без възможност за експериментална проверка. Но през 2013 г. физиците установиха, че четириизмерният ефект на Хол може да се усети в специална 2D система, наречена топологични зарядови помпи (topological charge pumps).
Тази идея бе реализирана едва сега в специална 2D оптична суперрешетка. В него лъчи с различни дължини на вълната в едно направление са насочени към малко по-различни ъгли, а по протежение на друго направление формата на оптичния потенциал динамично се променя чрез изместване на дължината на вълната от допълнителен лазер.
В резултат на това атомите в този капан се движат предимно в посоката с променливия потенциал, при това квантово, което съответства на едномерния модел на двумерния ефект на Хол. Същевременно физиците откриват постепенно изместване в напречната посока, въпреки че потенциалът остава постоянен по време на целия експеримент. Това движение съответства на нелинеен 4D ефект на Хол. Точните измервания потвърждават квантовата природа на движението на атомите в тази посока, което показва квантовия характер на това демонстрирано за първи път четириизмерно явление.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари