تمكن فريق من الفيزيائيين من ملاحظة كيف أن الخصائص متباينة الخواص للجسيمات تشوه سطح فيرمي في الغاز الكمومي. يوفر البحث الأساس للبحث المستقبلي حول كيفية تأثير هندسة تفاعلات الجسيمات على خصائص النظام الكمي.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
تمكن فريق من الفيزيائيين من ملاحظة كيف أن الخصائص متباينة الخواص للجسيمات تشوه سطح فيرمي في الغاز الكمومي. توفر الدراسة الأساس للبحث المستقبلي حول كيفية تأثير هندسة تفاعلات الجسيمات
حول خصائص النظام الكمي.
تمكن فريق من علماء الفيزياء من النمسا، بقيادة الباحثة فرانشيسكا فيرلينو، من ملاحظة كيف أن الخصائص متباينة الخواص (خصائص فيزيائية مختلفة في مستويات مختلفة) للجسيمات تشوه سطح فيرمي في غاز كمي. وقد نُشرت الدراسة منذ فترة طويلة في المجلة العلمية المرموقة Science.
يتم تحديد سلوك النظام من خلال خصائص تفاعلاته. أحد المفاهيم المهمة في فيزياء الحالة الصلبة في وصف توزيع طاقة الإلكترونات في المواد الصلبة هو سطح فيرمي (ويكيبيديا)، الذي سمي على اسم الفيزيائي الإيطالي إنريكو فيرمي. إن وجود سطح فيرمي هو نتيجة مباشرة لمبدأ باولي المحرم (ويكيبيديا) الذي ينص على أنه لا يمكن لاثنين من الفرميونات أن يكونا في نفس الحالة الكمومية في نفس الوقت. من الناحية الحيوية، يميز سطح فيرمي بين مستويات الطاقة الممتلئة والفارغة. بالنسبة للإلكترونات والجسيمات الفرميونية الأخرى ذات التفاعلات المتناحية - أي خصائص متطابقة في جميع الاتجاهات - يكون سطح فيرمي كرويًا. "هذه هي الحالة الطبيعية في الطبيعة وهي أساس العديد من الظواهر الفيزيائية"، يوضح الباحث الرئيسي من جامعة إنسبروك. "عندما يكون تفاعل الجسيم متباين الخواص - أي يعتمد على الاتجاه - فإن السلوك المادي للنظام يتغير تمامًا. إدخال تفاعلات متباينة الخواص قد يشوه سطح فيرمي ونتوقع أنه سيتم الحصول على بنية إهليلجية (بيضاوية الشكل، تشبه البيضة)." يحدث تشويه سطح فيرمي بسبب علاقة القوة بين التفاعلات المغناطيسية القوية ومبدأ باولي المحظور. وتمكن فريق البحث من إظهار هذا النوع من التشوه في تجربة لأول مرة على الإطلاق.
وكجزء من تجربتهم، قام الباحثون باحتجاز غاز من ذرات الإربيوم الفرميونية في مصيدة ليزر وقاموا بتبريد النظام إلى الصفر المطلق تقريبًا. عنصر الإربيوم هو عنصر مغناطيسي قوي يحفز السلوك ثنائي القطب. وبالتالي فإن التفاعلات بين هذه الذرات تعتمد على الاتجاه. عندما أطلق الباحثون الغاز فائق التبريد من مصيدةه، تمكنوا من استنتاج شكل سطح فيرمي من توزيع زخم الجسيم. "تتصرف ذرات الإربيوم بشكل مشابه للمغناطيس، أي أن تفاعلاتها تعتمد بشكل وثيق على اتجاه الجسيمات. تجربتنا تثبت أن شكل سطح فيرمي يعتمد على هندسة التفاعلات ولم يعد كرويا"، يوضح أحد الباحثين.
يوضح الباحث الرئيسي: "السؤال العام الذي تناولناه في تجربتنا هو كيف تؤثر هندسة تفاعلات الجسيمات على الخصائص الكمومية للمادة". إن الإجابة على هذا السؤال لها أهمية كبيرة بالنسبة للفيزيائيين من مختلف فروع الفيزياء، على سبيل المثال - في دراسة أشباه الموصلات ذات درجات الحرارة العالية. يؤكد الباحث: "نحن بحاجة إلى فهم أفضل لهذه الخصائص من أجل تطوير أنظمة كمومية مبتكرة". أثبتت أنظمة الغازات الكمومية الباردة، على وجه الخصوص، مرة أخرى أهميتها كأداة مثالية لمحاكاة السيناريوهات المعقدة الكمومية.
تعليقات 8
يوسي، أنت لا ترى الكثير من التعليقات لأن المقال مكتوب باللغة الصينية. ليس كل متصفحي هذا الموقع هم أساتذة في فيزياء الكم.
أنا طالب وأعمل في الصناعة. هذه هي ساعات دراستي. آسف.
عفوًا، لسبب ما تجاهلت يوسي تمامًا، آسف يوسي... لا أستطيع رؤية أي شيء في هذا الوقت.. تصبح على خير
المقال الأصلي
http://arxiv.org/pdf/1405.2154.pdf
عدد قليل جدًا من الردود على مقال مهم. يخلق التفاعل شكلًا حجميًا غير كروي مثاليًا (القطع الناقص) وهذا دليل على وجود مستوى فيرمي للطاقة الذي يفصل التوصيل عن العزل، تقريبًا بين الجسيمات المشحونة الحرة والمرتبطة (الإلكترونات؟) كتأثير كمي. الاستجابة المغناطيسية للغاز ليست متناظرة في الفضاء. الانتقال من مستوى الطاقة إلى مستوى الفضاء يمر عبر تحول فورييه. لذلك أود أن أرى المقال الأصلي. يعمل تحويل فورييه كعدسة على الصورة النشطة ثلاثية الأبعاد وينقلها إلى مستوى الزمن حيث نرى صورة سلبية أو بالأشعة تحت الحمراء للصورة.
المقال في نسخته المجانية http://arxiv.org/pdf/1405.2154v2.pdf