Найден материал, существующий между классическим и квантовым мирами

08.12.2016, Илья Хель 77

Эксперименты с использованием лазерного света и кусочков серого материала размером с кончик ногтя могут предложить подсказки к фундаментальной научной загадке: какая связь между повседневным миром классической физики и скрытым квантовым миром, который подчиняется совершенно другим правилам?

«Мы обнаружили конкретный материал, который находится между этими двумя режимами», говорит Питер Армитаж, доцент физики в Университете Джона Хопкинса, опубликовавший свою работу в журнале Nature. Шесть ученых из Джона Хопкинса и Университета Рутгерса работали над материалами под названием топологические изоляторы, которые могут проводить электричество на своей поверхности толщиной в атом, но не внутри.

Квантмех

Топологические изоляторы были предсказаны в 1980-х годах, впервые обнаружены в 2007 году и с тех пор активно изучаются. Состоящие из сотен элементов, эти материалы могут демонстрировать квантовые свойства, которые обычно проявляются только на микроскопическом уровне, но при этом остаются видимыми невооруженному глазу.

Эксперименты, о которых написал Science, поместили эти материалы в отдельное состояние вещество, которое «проявляет макроскопические квантово-механические эффекты», говорит Армитаж. «Обычно мы считаем квантовую механику как теорию малых вещей, но в этой системе квантовая механика проявляется на макроскопических масштабах длин. Эксперименты стали возможны благодаря уникальной аппаратуре, разработанной в моей лаборатории».

В рамках экспериментов образцы темно-серого материала, изготовленные из элементов висмута и сеена — каждый несколько миллиметров в длину и разной толщины — поражались терагерцевыми световыми лучами, которые не видны невооруженным глазом. Исследователи измеряли отраженный свет по мере его перемещения через материальные образцы и обнаружили отпечатки квантового состояния материи.

В частности, они обнаружили, что, когда свет пропускался через материал, волна демонстрировала характеристики, связанные с физическими константами, которые обычно измеряются только в экспериментах атомного масштаба. Эти свойства соответствовали прогнозам, которые делались для квантового состояния.

Эти результаты углубляют понимание топологических изоляторов, а также могут способствовать развитию другой области, которую Армитаж называет «центральным вопросом современной физики». Какая связь есть между макроскопическим классическим миром и микроскопическим квантовым миром, из которого вытекает первый?

С начала 20 века ученые пытались понять, как один набор физических законов, управляющих объектами больше определенного размера, может сосуществовать с другим набором законов, управляющих атомными и субатомными масштабами. Как классическая механика вытекает из квантовой и где порог, который делит эти сферы?

На эти вопросы еще предстоит ответить, но топологические изоляторы могут быть частью решения.

«Это часть головоломки», говорит Армитаж.

 

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.