কিকড কোয়ান্টাম সিস্টেমগুলি গতিশীল স্থানীয়করণের উত্থান প্রদর্শন করতে পারে, যা শক্তির শোষণকে সীমাবদ্ধ করে এবং ধ্রুপদী চালিত সিস্টেমের বিপরীতে এরগোডিসিটির ভাঙ্গন ঘটায়, যা বিশৃঙ্খল আচরণ এবং বিচ্ছুরিত শক্তি সঞ্চয় প্রদর্শন করে। বহু-দেহের মিথস্ক্রিয়া বিদ্যমান থাকাকালীন গতিশীলভাবে স্থানীয় রাষ্ট্রগুলি কীভাবে বিবর্তিত হয় তা দীর্ঘদিন ধরেই অস্পষ্ট।
এ পদার্থবিদদের দ্বারা একটি নতুন গবেষণা ইউসি সান্তা বারবারা এবং ইউনিভার্সিটি অফ মেরিল্যান্ড, এবং এছাড়াও ওয়াশিংটন ইউনিভার্সিটিতে, দীর্ঘস্থায়ী পদার্থবিজ্ঞানের প্রশ্নের একটি উত্তর খুঁজে পেয়েছে: আন্তঃকণা মিথস্ক্রিয়া কীভাবে গতিশীল স্থানীয়করণকে প্রভাবিত করে?
প্রশ্নটি "অনেক-দেহ" পদার্থবিজ্ঞানের সাথে সম্পর্কিত, যা অসংখ্য ডেটা প্রকারের সাথে একটি কোয়ান্টাম সিস্টেমের শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলি অন্বেষণ করে। বহু-শরীরের সমস্যাগুলি কয়েক দশক ধরে গবেষণা এবং আলোচনার বিষয়। এই সিস্টেমের জটিলতা, কোয়ান্টাম ঘটনার সাথে সাথে উপরিপাত এবং জড়াইয়া পড়া, সম্ভাবনার বিশাল পরিসরের দিকে নিয়ে যায়, একা গণনার মাধ্যমে উত্তর দেওয়া কঠিন করে তোলে।
সৌভাগ্যবশত, এই সমস্যাটি আল্ট্রাকোল্ড লিথিয়াম পরমাণু এবং লেজারগুলি জড়িত এমন একটি পরীক্ষার নাগালের বাইরে ছিল না। সুতরাং, বিজ্ঞানীদের মতে, ক অদ্ভুত কোয়ান্টাম অবস্থা আবির্ভূত হয় যখন আপনি একটি বিশৃঙ্খল, বিশৃঙ্খল মধ্যে মিথস্ক্রিয়া প্রবর্তন কোয়ান্টাম সিস্টেম.
ডেভিড ওয়েলড (লিংকটি বাহ্যিক), আল্ট্রাকোল্ড অ্যাটমিক ফিজিক্স এবং কোয়ান্টাম সিমুলেশনে বিশেষত্ব সহ UCSB-এর একজন পরীক্ষামূলক পদার্থবিদ বলেছেন, "এটি এমন একটি অবস্থা যা অস্বাভাবিক, বৈশিষ্ট্য সহ যা কিছু অর্থে শাস্ত্রীয় ভবিষ্যদ্বাণী এবং নন-ইন্টার্যাক্টিং কোয়ান্টাম ভবিষ্যদ্বাণীর মধ্যে রয়েছে।"
"যখন এটা অদ্ভুত, বিপরীত আচরণের কথা আসে, তখন কোয়ান্টাম বিশ্ব হতাশ হয় না। উদাহরণস্বরূপ, একটি নিয়মিত পেন্ডুলাম নিন, যা শক্তির স্পন্দনের সাপেক্ষে যখন আমরা এটি আশা করি ঠিক তেমন আচরণ করবে।"
"যদি আপনি এটিকে লাথি দেন এবং এটিকে প্রতিবার একবারে উপরে এবং নীচে নাড়ান, একটি ধ্রুপদী পেন্ডুলাম ক্রমাগত শক্তি শোষণ করবে, সমস্ত জায়গায় নড়বড়ে হতে শুরু করবে এবং পুরো প্যারামিটার স্থানটি বিশৃঙ্খলভাবে অন্বেষণ করবে।"
কোয়ান্টাম সিস্টেমে বিশৃঙ্খলা ভিন্ন মনে হয়। এই ব্যাধি কণাকে এক প্রকার স্থবির করে দিতে পারে। অতিরিক্তভাবে, যখন একটি কিক করা কোয়ান্টাম পেন্ডুলাম বা "রোটর" প্রাথমিকভাবে কিক থেকে শক্তি শোষণ করতে পারে, ক্লাসিক্যাল পেন্ডুলামের মতো, বারবার কিক দিয়ে, সিস্টেমটি শক্তি শোষণ করা বন্ধ করে দেয়, এবং গতিশীলভাবে স্থানীয়কৃত অবস্থা হিসাবে পরিচিত গতির বন্টন হিমায়িত হয়।
এই স্থানীয় অবস্থাটি একটি "নোংরা" ইলেকট্রনিক সলিডের আচরণের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সাদৃশ্যপূর্ণ, যার ফলে অচল, স্থানীয় ইলেকট্রনগুলির মধ্যে ব্যাধি দেখা দেয়। এটি একটি কঠিনকে একটি ধাতু, বা একটি পরিবাহী (চলমান ইলেকট্রন) থেকে একটি অন্তরক থেকে রূপান্তরিত করে।
যদিও স্থানীয়করণের এই অবস্থাটি একক, অ-আন্তর্ক্রিয়াহীন কণার প্রসঙ্গে কয়েক দশক ধরে অন্বেষণ করা হয়েছে, একাধিক ইন্টারঅ্যাক্টিং ইলেক্ট্রনের সাথে একটি বিশৃঙ্খল সিস্টেমে কী ঘটে? এই জাতীয় প্রশ্ন এবং কোয়ান্টাম বিশৃঙ্খলার সম্পর্কিত দিকগুলি ওয়েলড এবং তার সহ-লেখক, মেরিল্যান্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের তাত্ত্বিক ভিক্টর গ্যালিটস্কির মনে, বেশ কয়েক বছর আগে যখন গ্যালিটস্কি সান্তা বারবারা পরিদর্শন করছিলেন তখন একটি আলোচনার সময়।
ওয়েল্ড প্রত্যাহার করা হয়েছে, "ভিক্টর প্রশ্ন উত্থাপন করেছিলেন যে, যদি এই বিশুদ্ধ অ-ইন্টারেক্টিং কোয়ান্টাম সিস্টেমের পরিবর্তে, যা হস্তক্ষেপ দ্বারা স্থিতিশীল হয়, আপনার কাছে এই রোটারগুলির একটি গুচ্ছ রয়েছে এবং তারা সবাই একে অপরের সাথে ধাক্কা খেতে পারে এবং একে অপরের সাথে যোগাযোগ করতে পারে এবং যোগাযোগ করতে পারে। স্থানীয়করণ কি অব্যাহত থাকে, নাকি মিথস্ক্রিয়াগুলি এটিকে ধ্বংস করে?
গ্যালিটস্কি বলেছেন, "প্রকৃতপক্ষে, এটি একটি জটিল প্রশ্ন যা পরিসংখ্যানগত যান্ত্রিকতার ভিত্তি এবং এরগোডিসিটির মৌলিক ধারণার সাথে সম্পর্কিত, যার ফলে বেশিরভাগ ইন্টারঅ্যাক্টিং সিস্টেমগুলি অবশেষে একটি সর্বজনীন অবস্থায় তাপীকরণ করে।"
“এক মুহূর্তের জন্য গরম কফিতে ঠান্ডা দুধ ঢেলে কল্পনা করুন। আপনার কাপের কণাগুলি সময়ের সাথে সাথে এবং তাদের মিথস্ক্রিয়াগুলির মাধ্যমে নিজেদেরকে একটি অভিন্ন, ভারসাম্যপূর্ণ অবস্থায় সাজিয়ে নেবে যা বিশুদ্ধভাবে নয় গরম কফি বা ঠান্ডা দুধ। এই ধরনের আচরণ - তাপীকরণ - সমস্ত ইন্টারেক্টিং সিস্টেম থেকে প্রত্যাশিত ছিল। অর্থাৎ, প্রায় 16 বছর আগে পর্যন্ত যখন যুক্তি দেওয়া হয়েছিল যে কোয়ান্টাম সিস্টেমে ব্যাধির ফলে বহু-বডি লোকালাইজেশন (MBL) হয়।"
"এই ঘটনাটি, এই বছরের শুরুতে লার্স অনসেগার পুরস্কার দ্বারা স্বীকৃত, তাত্ত্বিকভাবে বা পরীক্ষামূলকভাবে কঠোরভাবে প্রমাণ করা কঠিন।"
Weld-এর টিমের কাছে এই বিষয়ে কার্যকরভাবে আলোকপাত করার জন্য টুল, প্রযুক্তি এবং জ্ঞান রয়েছে। 100,000 অতি-ঠান্ডা লিথিয়াম পরমাণু তাদের ল্যাবে গ্যাসে আলোর একটি স্থায়ী তরঙ্গে সাসপেন্ড করা হয়। প্রতিটি পরমাণু একটি কোয়ান্টাম রটারকে প্রতিনিধিত্ব করে যা লেজারের ডালগুলি স্ফুলিঙ্গ করতে পারে।
একটি ফেশবাচ রেজোন্যান্স টুল ব্যবহার করে, বিজ্ঞানীরা পরমাণুগুলিকে একে অপরের থেকে আবদ্ধ রাখতে পারেন বা নির্বিচারে শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া দিয়ে একে অপরকে বাউন্স করতে পারেন। একটি গাঁট ঘুরিয়ে, গবেষকরা লিথিয়াম পরমাণুগুলিকে লাইন ড্যান্স থেকে মোশ পিটে যেতে এবং তাদের আচরণ ক্যাপচার করতে পারে।
প্রত্যাশিত হিসাবে, যখন পরমাণুগুলি একে অপরকে দেখতে অক্ষম ছিল, তারা একটি নির্দিষ্ট বিন্দু পর্যন্ত লেজার থেকে বারবার লাথি সহ্য করতে সক্ষম হয়েছিল, সেই সময়ে তারা তাদের গতিশীলভাবে স্থানীয় আকারে সরানো বন্ধ করে দেয়। যাইহোক, বিজ্ঞানীরা মিথস্ক্রিয়া বৃদ্ধি করার সাথে সাথে, কেবল সীমাবদ্ধ অবস্থাটিই অদৃশ্য হয়ে যায়নি, তবে এটিও মনে হয়েছিল যে সিস্টেমটি ক্লাসিক, বিশৃঙ্খল আচরণের অনুকরণ করে বারবার লাথি থেকে শক্তি শোষণ করছে।
ওয়েল্ড বললেন, "তবে, যখন ইন্টারঅ্যাক্টিং ডিসঅর্ডারড কোয়ান্টাম সিস্টেম শক্তি শোষণ করছিল, তখন এটি একটি ধ্রুপদী সিস্টেমের তুলনায় অনেক ধীর গতিতে তা করছিল।"
“আমরা এমন কিছু দেখছি যা শক্তি শোষণ করে, কিন্তু একটি শাস্ত্রীয় সিস্টেমের মতো নয়। এবং মনে হচ্ছে শক্তি সময়ের সাথে রৈখিক না হয়ে সময়ের বর্গমূলের সাথে মোটামুটিভাবে বৃদ্ধি পাচ্ছে। তাই মিথস্ক্রিয়া এটিকে শাস্ত্রীয় করে তুলছে না; এটি এখনও একটি অদ্ভুত কোয়ান্টাম অবস্থা যা অস্বাভাবিক অ-স্থানীয়করণ প্রদর্শন করে।"
বিজ্ঞানীরা ইকো নামে একটি পদ্ধতি ব্যবহার করেছিলেন। এই পদ্ধতিতে, গতির বিবর্তনকে সামনের দিকে এবং তারপরে পিছনের দিকে চালানো হয় কিভাবে মিথস্ক্রিয়াগুলি সময়কে প্রত্যাবর্তনশীলতাকে সরাসরি ধ্বংস করে। কোয়ান্টাম বিশৃঙ্খলতার একটি গুরুত্বপূর্ণ সূচক হল সময়ের বিপরীততা ধ্বংস।
সহ-লেখক রোশান সাজ্জাদ, লিথিয়াম দলের একজন স্নাতক ছাত্র গবেষক, বলেছেন, "এটি সম্পর্কে চিন্তা করার আরেকটি উপায় হল জিজ্ঞাসা করা: কিছু সময়ের পরে সিস্টেমের প্রাথমিক অবস্থার কতটা মেমরি থাকে?"
“বিপথগামী আলো বা গ্যাসের সংঘর্ষের মতো কোনও বিশৃঙ্খলার অনুপস্থিতিতে, পদার্থবিদ্যাটি যদি পিছিয়ে যায় তবে সিস্টেমটি তার প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসতে সক্ষম হবে। আমাদের পরীক্ষায়, আমরা লাথির পর্যায়কে বিপরীত করে, প্রথম সাধারণ সেটের লাথির প্রভাবকে 'আনডু' করে সময়কে বিপরীত করি। আমাদের মুগ্ধতার অংশ ছিল যে বিভিন্ন তত্ত্ব এই ধরনের ইন্টারঅ্যাকটিং সেটআপের ফলাফলের উপর বিভিন্ন আচরণের ভবিষ্যদ্বাণী করেছিল, কিন্তু কেউ কখনও পরীক্ষা করেনি।"
প্রধান লেখক আলেক কাও বলেছেন, "বিশৃঙ্খলার মোটামুটি ধারণা হল যে যদিও গতির নিয়মগুলি সময়-উল্টানো যায়, তবুও একটি বহু-কণা ব্যবস্থা এত জটিল এবং সংবেদনশীল হতে পারে যে বিভ্রান্তির প্রতি সংবেদনশীল যা তার প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসা কার্যত অসম্ভব। মোড়টি ছিল যে কার্যকরভাবে বিশৃঙ্খল (স্থানীয়) অবস্থায়, মিথস্ক্রিয়াগুলি স্থানীয়করণকে কিছুটা ভেঙে ফেলেছিল যদিও সিস্টেমটি সময়-বিপরীত হওয়ার ক্ষমতা হারিয়ে ফেলেছিল।"
সাজ্জাদ বলল, “সরলভাবে, আপনি মিথস্ক্রিয়া সময়-উল্টানো নষ্ট করার আশা করবেন, কিন্তু আমরা আরও আকর্ষণীয় কিছু দেখেছি: একটু মিথস্ক্রিয়া সাহায্য করে! এটি এই কাজের আরও আশ্চর্যজনক ফলাফলগুলির মধ্যে একটি ছিল।"
বিজ্ঞানীরা একটি পরিপূরক পরীক্ষা চালিয়েছেন যা এক-মাত্রিক প্রসঙ্গে ভারী পরমাণু ব্যবহার করে অনুরূপ ফলাফল তৈরি করেছে।
গুপ্ত বলেন, "UW-তে পরীক্ষাগুলি একটি অত্যন্ত কঠিন শারীরিক শাসনে পরিচালিত হয়েছিল যেখানে 25-গুণ-ভারী পরমাণুগুলি শুধুমাত্র একটি মাত্রায় চলাচলের জন্য সীমাবদ্ধ ছিল, তবুও পর্যায়ক্রমিক লাথি থেকে দুর্বল-রৈখিক শক্তি বৃদ্ধির পরিমাপ করা হয়েছে, এমন একটি এলাকায় আলোকপাত করেছে যেখানে তাত্ত্বিক ফলাফলগুলি বিরোধপূর্ণ।"
ওয়েল্ড বললেন, "এই ফলাফলগুলি, অনেক গুরুত্বপূর্ণ পদার্থবিজ্ঞানের ফলাফলের মতো, আরও প্রশ্ন উন্মুক্ত করে এবং আরও কোয়ান্টাম বিশৃঙ্খলা পরীক্ষার জন্য পথ প্রশস্ত করে, যেখানে ক্লাসিক্যাল এবং এর মধ্যে লোভনীয় লিঙ্ক কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যা উন্মোচিত হতে পারে।"
গালিটস্কি মন্তব্য করেছেন, “ডেভিডের পরীক্ষা হল আরও নিয়ন্ত্রিত পরীক্ষাগার সেটিংয়ে এমবিএল-এর গতিশীল সংস্করণ অনুসন্ধান করার প্রথম প্রচেষ্টা। যদিও এটি দ্ব্যর্থহীনভাবে মৌলিক প্রশ্নটিকে একভাবে বা অন্যভাবে সমাধান করেনি, ডেটা দেখায় যে অদ্ভুত কিছু ঘটছে।"
দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত করা বলেছেন, "কনডেন্সড ম্যাটার সিস্টেমে বহু-বডি স্থানীয়করণে কাজ করার খুব বড় অংশের প্রসঙ্গে আমরা কীভাবে এই ফলাফলগুলি বুঝতে পারি? কিভাবে আমরা পদার্থের এই অবস্থা চিহ্নিত করতে পারি? আমরা লক্ষ্য করি যে সিস্টেমটি ডিলোকালাইজ করছে, কিন্তু প্রত্যাশিত রৈখিক সময় নির্ভরতার সাথে নয়; সেখানে কি হচ্ছে? আমরা এই এবং অন্যান্য প্রশ্নগুলি অন্বেষণ করে ভবিষ্যতের পরীক্ষাগুলির জন্য উন্মুখ।"
জার্নাল রেফারেন্স:
- Toh, JH, McCormick, KC, Tang, X. et al দেখুন। একটি লাথি দেওয়া এক-মাত্রিক আল্ট্রাকোল্ড গ্যাসে বহু-বডি ডাইনামিক্যাল ডিলোকালাইজেশন। নাট। শারীরিক. (2022)। DOI: 10.1038 / s41567-022-01721-ওয়াট
