科學家終於發現了能夠永垂不朽的粒子

chemwhat 發佈 2020-01-09T21:50:31+00:00

人類,行星,恆星,星系,甚至宇宙本身,所有事物都有有效期限。科學家發現,量子系統中的准粒子實際上是不朽的。當然,量子物理學可以使規則變得怪異。


沒有什麼可以天長地久。人類,行星,恆星,星系,甚至宇宙本身,所有事物都有有效期限。但是,量子領域中的事物並不總是遵循規則。科學家發現,量子系統中的准粒子實際上是不朽的。

這並不意味著它們不會衰減,這令人放心。但是,一旦這些准粒子衰變,它們便能夠重組自身,重新存在,甚至是無限的。

這似乎正好面對熱力學第二定律,該定律斷言,一個孤立的系統中的熵只能朝一個增大的方向移動:事物只能分解,而不能再次建立。

當然,量子物理學可以使規則變得怪異。但是,即使量子科學家也不知道准粒子以這種特殊方式是奇怪的。

慕尼黑工業大學的物理學家弗蘭克·波爾曼(Frank Pollman)於2019年6月表示:「直到現在,相互作用的量子系統中的准粒子仍會在一段時間後衰減。」

「我們現在知道情況正好相反:強相互作用甚至可以完全阻止衰變。」

准粒子不是我們通常認為的粒子,例如電子和夸克。確切地說,它們是固體或固體中由電磁力引起的干擾或激發,它們總體上表現得像粒子。

聲子-例如,使晶格中的原子振蕩的振動能量的離散單位-通常被歸類為準粒子,極化子也是如此,極化子是電子,它們被極化雲包圍而被捕獲在晶格中。

參與這項最新研究的研究人員開發了用於計算這些准粒子之間複雜相互作用的數值方法,並在功能強大的計算機上進行了仿真,以觀察它們如何衰減。

慕尼黑工業大學和馬克斯·普朗克複雜系統物理研究所的物理學家魯本·弗雷森說:「精心模擬的結果是:准粒子確實會腐爛,但是新的,相同的粒子實體會從碎片中浮出。」

「如果這種衰變進行得非常快,那麼在一定時間後就會發生逆反應,碎片將再次匯聚。這個過程會無限循環,並且衰變和重生之間會出現持續的振蕩。」

而且,物理學家指出,它畢竟沒有違反熱力學第二定律。那是因為振蕩是一種波,它轉變為物質,被波粒對偶的量子力學概念所涵蓋。

它們的熵並沒有減少,而是保持不變。那仍然很奇怪,但是不打破物理學。

實際上,這一發現解決了其他一些難題。例如,實驗中使用的磁性化合物Ba3CoSb2O9先前被發現具有出乎意料的穩定性。現在看來,關鍵可能在於它所包含的磁性准粒子,稱為磁振子。根據模擬,它們在衰減後會重新排列自己。

另一個可能的例子是氦:氦在絕對為零的溫度下變成無電阻的超流體,這種特殊的性質可以用這種氣體充滿稱為rotons的准粒子的事實來解釋。

目前,這項工作僅在理論領域,但是研究人員認為,這種准粒子永生性使其具有在量子計算系統中持久存儲數據的強大潛力。

該研究已發表在《自然物理學》上

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