Et kvantetrick implicerede evig stabilitet. Nu falder det fra hinanden. | Quanta Magasinet

Det er en sandhed om både fysik og hverdagserfaring, at tingene falder fra hinanden. Is smelter. Bygninger smuldrer. Enhver genstand bliver, hvis du venter længe nok, blandet sammen med sig selv og dens omgivelser til ukendelighed.

Men begyndende i 2005 fik en række gennembrud denne dødsmarch til at virke valgfri. I den helt rigtige kvanteindstilling ville ethvert arrangement af elektroner eller atomer blive siddende i al evighed - selv ujævne arrangementer, der dundrer med aktivitet. Fundet fløj i øjnene af den konventionelle visdom om, at kvantefænomener var skrøbelige ting, der kun kunne observeres ved ekstremt lave temperaturer. Det slog også et hul i fundamentet for termodynamikken, den ærværdige gren af ​​fysikken, der forklarer fænomener som varme og entropi som uundgåelige konsekvenser af samspillet mellem enorme sværme af partikler.

Resultaterne kom som et chok for fysikere som Norman Yao, en kandidatstuderende på det tidspunkt, som nu er professor ved Harvard University. "Hellige helvede," huskede han, at han tænkte og brugte et stærkere ord end helvede. "Hvis dette er sandt i et interagerende system med mange partikler, så fejler den statistiske mekanik. Termodynamikken fejler."

Forestillingen om en radikal ny kvantestabilitet spredte sig. Det inspirerede teoretikere til at fremtrylle et menageri af nye faser af kvantestof, såsom tidskrystaller - systemer, der opretholder en gentagen adfærd i det uendelige uden at absorbere energi. Og kvanteingeniører, der kæmpede mod qubits' skævhed for at bygge kvantecomputere, blev glade for denne indikation af, at deres kamp var en vinderbar.

"I en kvantecomputer skal du have hukommelse om dine begyndelsesbetingelser; ellers kan du ikke gøre noget,” sagde Yao.

Ophobningen af ​​beviser toppede i 2014 med et strengt matematisk bevis på, at kvantemønstre faktisk kunne vare evigt.

I de senere år er løftet om evigt stabile kvantestrukturer imidlertid selv begyndt at vakle. Sådanne mønstre kan faktisk holde i evigheder, som gennembrudsforsøg fandt. Men en debat raser om, hvorvidt disse æoner virkelig kan strække sig til evigheden, som mange fysikere har troet. I løbet af dissekering af kvanteskæbnes grundlæggende natur har de involverede fysikere opdaget hidtil ukendte kvantefænomener, der truer stabiliteten af ​​store horder af partikler.

"Du troede, du forstod [denne idé] rigtig godt, og nu gør du det ikke," sagde Vedika Khemani, en fysiker ved Stanford University. "Det er sjovt. Der er et mysterium at løse igen."

En smag af evighed

En tidlig antydning af kvante-evigheden blev opfanget af Phil Anderson, en fysiker, der ville blive en legende inden for sit felt. I 1950'erne var Anderson på Bell Labs og studerede det, der dengang var blødende fysik - elektronernes adfærd inde i halvledere. Mens han forsøgte at forstå nogle forvirrende eksperimentelle resultater, fandt han sig selv i at tænke på et mere abstrakt problem.

Var det muligt, undrede Anderson, at fange en enkelt kvantepartikel på plads?

Det er nemt at fange en klassisk genstand, såsom en billardkugle. Bare omgiv det med barrierer, som skinnerne på et billardbord. Men kvantepartikler kan rejse med fuldstændig tilsidesættelse af barrierer ved at "tunnelere" gennem dem. Fangsten er, at de ikke kan rejse langt. Tunnelering bliver hård - det vil sige eksponentielt usandsynlig - jo længere en partikel forsøger at gå. Anderson spekulerede på, hvilke omgivelser der kunne indeholde en kvanteflugtkunstner.

Hemmeligheden, fandt han, var at stikke partiklen i et "uordnet" kvantelandskab, et oversået med toppe og dale. Hver placering ville have en tilfældig højde, der repræsenterer en tilfældig energi. I et rigtigt materiale kan denne lidelse komme fra urenheder såsom manglende atomer eller atomer af forskellige grundstoffer.

Med nok uorden, konkluderede Anderson, ville en partikel aldrig tunnelere langt. For at kunne tunnelere skal en partikel finde et sted med en lignende energi (eller i en lignende højde) som den, den starter i. Og mere uorden gør sådanne steder mere sjældne. Ved at se længere ind i landskabet kan en partikel muligvis spejde kandidatsteder på et anstændigt klip. Denne hastighed kan være ret hurtig i "højere" dimensioner som 2D-planer og 3D-klodser, hvor partiklen har flere muligheder. Men den eksponentielle vanskelighed ved at nå disse steder vil altid stige endnu hurtigere, hvilket gør tunnelkørsel til et usandsynligt forslag.

Tunnelering var ikke nok, argumenterede Anderson et 1958 papir. Et uordnet landskab af enhver dimension ville "lokalisere" en partikel. Værket gik i det væsentlige ulæst i årevis, selvom det i sidste ende ville være med til at sikre ham en del af værket 1977 Nobelprisen i fysik.

Mens Andersons overvejelser var blevet inspireret af elektroner i en halvleder, afslører hans indramning, at han tænkte mere abstrakt. Den anomali, der havde motiveret ham, var en mystisk modstand blandt elektroner mod en proces kendt som termalisering. Han søgte at forstå mere dybt, hvornår et system ville eller ikke ville termalisere. Han var ikke den første fysiker, der studerede dette fænomen, men de spørgsmål, han rejste i sit arbejde, ville fange fantasien hos en senere generation af fysikere.

"Det var 50 år forud for sin tid," sagde David Huse, en fysiker ved Princeton University.

I det daglige sprog er termalisering den naturlige tendens til, at systemer blandes sammen. Et nyt sæt kort mister hurtigt sin oprindelige rækkefølge. Et sandslot ender op som en våd klump sand. Inden for termodynamik er denne tendens en ligefrem konsekvens af statistik. Der er kun et par måder at blive bestilt og et enormt antal måder at blive blandet på, så et oprindeligt bestilt system er yderst sandsynligt, at det ender med at blive blandet.

Nøgletræk ved termalisering er, at eventuelle indledende mønstre bliver udslettet ved blandingen. Ethvert indledende hot spot eller koncentration af energi spreder sig f.eks. ud, indtil yderligere spredning ikke er mulig. På dette tidspunkt bliver systemet stabilt og holder op med at ændre sig mærkbart - et scenarie, fysikere omtaler som termisk ligevægt.

I tilbageblik ser fysikere, at Andersons arbejde indeholdt kimen til et oprør mod termalisering. Han havde vist, at et uordnet landskab kunne fange én partikel. Nøglespørgsmålet blev: Kunne det lokalisere mange partikler? Hvis partikler satte sig fast, ville energi ikke spredes, og et system ville aldrig termalisere. Som det modsatte af termalisering ville lokalisering repræsentere en helt ny form for stabilitet, en uventet måde, hvorpå kvantemønstre af energi kan bestå for evigt.

"Ved, om termalisering er denne universelle ting, der vil ske i et lukket system, eller om det fuldstændigt kan bryde ned," sagde Maissam Barkeshli, en fysiker ved University of Maryland, "er et af de mest fundamentale spørgsmål i fysik."

At besvare det spørgsmål ville imidlertid kræve løsning af et problem, der fik Andersons nobelprisvindende værk til at virke som en opvarmning. Det grundlæggende problem er, at grupper af partikler kan påvirke hinanden på kolossalt komplekse måder. At redegøre for disse interaktioner viste sig så kompliceret, at der ville gå næsten 50 år mellem Andersons 1958-opgave og de første seriøse forsøg på at forstå lokalisering i mange-partikel-systemer, som fysikere kalder mange-legeme lokalisering.

Det utrolige svar, der ville dukke op et halvt århundrede senere, var, at termalisering ikke altid er uundgåelig. På trods af termalisering syntes mange-legeme lokalisering mulig.

"Det bryder termodynamikkens love," sagde Wojciech De Roeck, fysiker ved KU Leuven i Belgien. "Det betyder, at kaos ikke altid vinder."

Fremkomsten af ​​lokalisering af mange kroppe

Blockbuster-efterfølgeren til Andersons værk kom i 2005, da Denis Basko, Igor Aleiner , Boris Altshuler, fysikere med tilknytning til Princeton og Columbia universiteter, udgav et skelsættende papir, der ville gøre deres initialer øjeblikkeligt genkendelige for forskere på området. I den undersøgte BAA, om atomare urenheder i et metal kunne lokalisere elektroner, fange dem i nærheden af ​​atomer og omdanne det ledende materiale til en isolator.

In 88 sider af tæt matematik bestående af 173 nummererede ligninger og 24 figurer (eksklusive bilag), viste BAA, at et rodet materiale faktisk kunne stoppe grupper af elektroner i deres spor, ligesom Anderson havde vist, at det kunne stoppe en partikel. Deres arbejde lancerede effektivt studiet af mange-krops lokalisering, eller MBL.

"Det var virkelig en tour de force," sagde Khemani. "De viste, at MBL er stabil i alle dimensioner." Arbejdet var også uigennemtrængeligt. Forskere troede på det, men forstod det ikke godt nok til at bygge videre på det. "Ingen kunne virkelig lave BAA-beregningen andre end dem," sagde Jed Pixley, en kondenseret stof-fysiker ved Rutgers University.

Men BAA's fund sendte krusninger over Princeton-campus. Basko fortalte sin ven Vadim Oganesyan, som diskuterede det med sin rådgiver, David Huse. De to af dem kørte allerede computersimuleringer, der ville give dem mulighed for at teste BAA's ideer mere direkte i den mere abstrakte kontekst af termalisering.

I deres simuleringer opstillede Huse og Oganesyan kæder af kvantepartikler, der kunne pege op eller ned og kunne vende deres naboer. Da de tilføjede mere og mere uorden, ifølge lokaliseringsopskriften, så de tegn på, at partikelkæderne skiftede fra et termaliserende scenarie (hvor f.eks. en hurtigt vendende partikel ville sprede sin energi og begynde at vende sine naboer) til et næsten lokaliseret scenarie (hvor partiklen ville holde på sin energi). Overgangen fra termalisering til lokalisering på et bestemt niveau af uorden lignede overgange mellem faser af stof, såsom mellem væske og is, der forekommer ved en bestemt temperatur.

Kunne MBL kvalificere sig som en slags fase? Faser har en særlig status i fysik. De har også en særlig definition. Det er afgørende, at en stoffase skal være stabil i en uendelig lang tidsperiode og i et uendeligt stort system. Hvis der faktisk var en overgang mellem termalisering og lokalisering, og hvis lokalisering fandt sted på ubestemt tid for uendelige systemer, kunne de to typer af stabilitet måske opfattes som faser i sig selv.

Oganesyan og Huse kunne ikke simulere uendeligt lange kæder i uendeligt lange tider (de kunne klare et dusin partikler), så de var ikke overraskede over, at de så ufuldkomne tegn på lokalisering. Men efterhånden som de gjorde deres kæder længere, blev overgangen til lokalisering skarpere. Deres første arbejde, udgivet i 2006, drillede den spændende mulighed for, at der for uendeligt lange kæder med nok lidelse kunne eksistere en lokaliserende fase.

Måske endnu vigtigere, deres simuleringer var nemme at forstå. "David lavede beregningen, så enhver kunne gøre det," sagde Pixley.

Efterfølgende numeriske undersøgelser understøttede forestillingen om, at et robust landskab kunne lokalisere energi, og fysikere begyndte at overveje implikationerne. Oversvømmelser af energi, ofte i form af varme, udsletter sarte faser af kvantestof. Men hvis tilstrækkeligt takkede toppe kunne standse spredningen af ​​energi, kan kvantestrukturer overleve ved effektivt enhver temperatur. "Du er i stand til at opnå fænomener, som vi virkelig forbinder og kun forstår ved nul temperatur," sagde Anushya Chandran, en fysiker ved Boston University, der studerede MBL som en Princeton kandidatstuderende.

En højprofileret kvantestruktur til at vokse ud af MBL var et mønster i tid. Vend den ene ende af en kæde af partikler med en vis hastighed, og hele kæden kan vende mellem to konfigurationer uden at absorbere noget af energien fra vendingen. Disse "tidskrystaller” var en eksotisk fase af stof uden for ligevægt, som kun var mulig fordi et tilstrækkeligt uordnet landskab forhindrede ethvert tænkeligt arrangement af partikler i at nå termisk ligevægt.

"Der er bare ingen analog," sagde Khemani, som kom gennem Princeton omkring dette tidspunkt og ville fortsætte med at spille en pionerrolle i at forstå og skabe tidskrystaller. "Det er et komplet paradigmeskift."

Den sidste brik i det teoretiske puslespil faldt på plads i 2014, da John Imbrie, en matematisk fysiker ved University of Virginia, viste, at hvis man kunne samle en uendelig lang kæde af partikler med nok uorden, enhver konfiguration forbliver lokaliseret. På trods af partiklernes evne til at interagere med deres naboer, ville de individuelt fortsætte med at gøre deres egne ting for evigt.

Det strenge matematiske bevis, som er sjældne i fysik, var resultatet af fem års indsats. Det garanterede næsten, at lokalisering var mulig, hvilket styrkede dens status som en fase. "Når du laver et matematisk argument, skal du overveje alle muligheder," sagde Imbrie. "Det er en del af skønheden."

Omtrent på samme tid bekræftede fysikere med laboratorier specialiseret i at manipulere kolde atomer, at rigtige partikler opførte sig på nogenlunde samme måde, som digitale partikler gjorde. Et beskedent antal atomer adskilt af bjerge af lys spredes ud i glacialt tempo, både når arrangeret i 1D linjer og når opstillet i 2D-gitter.

Med en overvægt af eksperimentelle, matematiske og numeriske beviser, så MBL ud til at gå ind i pantheonet af faseovergange sammen med magnetisme og superledning. Fysikere forventede, at en lang række forskellige systemer i forskellige dimensioner åbenlyst kunne se bort fra deres formodede termodynamiske skæbne.

I 2022 tildelte American Physical Society Altshuler, Huse og Aleiner den prestigefyldte Lars Onsager Prisen, opkaldt efter den matematiske fysiker, der beviste, at en tegneserie model fangede faseovergangen, da et materiale blev magnetiseret.

Men allerede før priserne blev uddelt, var ideen om uendeligt holdbare strukturer begyndt at falde fra hinanden.

Starten på vaklen

Den første rysten kom omkring halvandet år efter Imbries bevis.

Husk på, at overgangen fra termalisering til lokalisering menes at gå ned som overgange mellem kendte faser af stof. Når metal magnetiserer, for eksempel, ændres visse egenskaber med bestemte hastigheder, beskrevet af omhyggeligt beregnede ligninger. Særlige værdier i disse ligninger har visse eksponenter, såsom 2 tommer x².

For en sand faseovergang i én dimension havde matematikere bevist, at to af disse eksponenter skal være større end 2. Men MBL-simuleringerne havde fundet ud af, at de var 1 - en stor uenighed. I en stadig upubliceret fortryk udgivet i 2015 viste Oganesyan og Chandran sammen med Christopher Laumann fra Boston University, at misforholdet ikke kun var en triviel bivirkning af at studere korte kæder snarere end uendelige. Noget mere grundlæggende virkede ude af stand.

"De undersøgte det omhyggeligt," sagde Huse. "Men vi kunne ikke finde ud af, hvad der var galt."

En række større stød kom i løbet af de næste par år. Forestil dig den slags bjergrige landskab, der ville føre til MBL. Udvid nu det landskab til det uendelige i alle retninger. Hvis du tilfældigt udforsker nok af det, vil du på et tidspunkt løbe ind i en udvidet flad patch.

Partikler i en flad zone kan nemt finde tilstande med lignende energi til at tunnelere til, så de blander sig og termaliserer. I en sådan region er der masser af energitilstande, hvilket øger chancerne for, at en partikel i de tilstødende bjerge kan komme i kontakt og selv blive varmebehandlet, argumenterede De Roeck fra KU Leuven og François Huveneers, som dengang var på universitetet i Paris-Dauphine i Frankrig. Således kan den flade zone tjene som en kilde til termaliserende energi.

Men kunne sådan et lille plaster tage hele systemet ned? Scenariet virkede intuitivt omtrent lige så plausibelt som et boblebad i Denver, der forårsagede nedsmeltninger i Vail, Breckenridge og Telluride. Fysikere accepterede det ikke med det samme. Da De Roeck og Huveneers rejste muligheden på konferencer, fremkaldte deres taler vrede udbrud fra publikum.

"Det var en stor overraskelse," sagde De Roeck. "Mange mennesker i begyndelsen troede ikke på os."

I en serie af papirer, der starter i 2016, De Roeck, Huveneers og samarbejdspartnere redegjorde for en proces, der nu er kendt som en lavine. De hævdede, at i modsætning til et varmt karbad, kan det, der starter som en dråbe termaliserede partikler, snebold ned i et hav.

"Du har et varmebad, og det rekrutterer nabosteder til varmebadet," sagde Imbrie. “Det bliver stærkere og stærkere og trækker flere og flere steder ind. Det er lavinen."

Det afgørende spørgsmål var, om en lavine ville tage fart eller miste den. Med hvert trin ville varmebadet faktisk blive et større og bedre energireservoir. Men hvert trin gjorde det også sværere at termalisere det næste sted. Debatten, der minder om Andersons enkeltpartikellokalisering, kom ned til et kapløb mellem to effekter: badets forbedring versus dets vanskeligheder med at vokse yderligere.

De Roeck og Huveneers argumenterede for, at laviner ville vinde i to og tre dimensioner, fordi de oplagrede energitilstande utroligt hurtigt - med hastigheder relateret til deres hurtigt voksende område (i 2D) eller volumen (i 3D). De fleste fysikere kom til at acceptere, at laviner i disse landskaber var ustoppelige, hvilket gjorde MBL til en fjern udsigt i plader eller mursten.

Men muligheden for MBL i endimensionelle kæder overlevede, fordi en lavine, der fejer hen over en linje, opbygger energitilstande langsommere. Faktisk bliver varmebadet kraftigere med omtrent samme hastighed, hvormed sværhedsgraden stiger. Det var et slips. Laviner kan fortsætte i 1D, eller de kan stoppe.

Andre fysikere blev i mellemtiden skeptiske over, at MBL kunne eksistere selv i en 1D-kæde. I 2019, et team af slovenske kaoseksperter, herunder Tomaž Prosen genanalyserede gamle numeriske data og fremhævede det faktum, at efterhånden som landskabet blev mere bjergrigt, aftog termaliseringen enormt men stoppede aldrig helt — en ubelejlig sandhed, MBL-forskere havde taget for at være en artefakt af deres småskala-simuleringer. Anatoli Polkovnikov fra Boston University og Dries Sels, nu fra New York University og Flatiron Institute, blandt andre forskere, kom til lignende konklusioner. Deres argumenter udfordrede direkte MBL's centrale tiltrækning: løftet om evigt liv for et kvantesandslot.

"På niveauet med teoretikere, der taler om MBL," sagde Chandran, "er der et ærligt-til-Gud-regime, hvor [termaliseringstiden] ikke kun er universets alder, og vi kan ikke se det. Nej, det er virkelig uendeligt.”

En livlig debat fulgte, både i den akademiske litteratur og i private diskussioner. Sels og Huse brugte timer på Zoom under pandemiens dyb. De talte til tider forbi hinanden, men hver især tilskriver hinanden produktiv indsigt. Kontroversens ins og outs er ekstremt tekniske, og ikke engang de involverede forskere kan fuldt ud formulere alle perspektiverne. Men i sidste ende kommer deres forskelle ned på, at hver lejr får en anden uddannet - ekstremt uddannet - til at gætte på, hvad du ville se, hvis du kunne se en kæde af partikler vende for evigt.

De to sider er stadig uenige om, hvorvidt der eksisterer en ægte MBL-fase i én dimension, men et konkret resultat af sammenstødet er, at det fik forskere til at undersøge, hvilken effekt laviner kan have på den formodede begyndelse af MBL.

De skeptiske grupper "havde nogle meget gode pointer, men de tog dem lidt for langt," sagde Huse. "Det fik os virkelig motiverede."

Huse, i samarbejde med et hold af MBL-veteraner inklusive Khemani, lavede en måde at simulere effekten af ​​en lavine på korte kæder uden faktisk at udløse en. (Ingen har set en lavine, heller ikke numerisk, for for at få en stor nok flad plet kan du have brug for en kæde, der er milliarder af partikler lang, vurderer Sels, og forskere studerer typisk kæder på omkring 12.) Sels udviklede efterfølgende sin egen lavine-mock- op.

De to grupper kom til lignende konklusioner i 2021: MBL-overgangen, hvis den fandtes, krævede et meget mere bjergrigt landskab, end forskerne havde troet. Med det robusthedsniveau, man tidligere troede ville medføre MBL, ville termaliseringen aftage, men ville ikke stoppe. For at give kvantesnemænd en chance for at kæmpe mod laviner, skulle landskabet være mere uordnet, end Huse og kompagni havde anet. Huses gruppe fandt oprindeligt ud af, at bjergene skulle være mindst dobbelt så robuste. Sels' arbejde skubbede dette tal op til mindst seks gange så robust, hvilket gjorde bjergene mere som Himalaya end Rockies. MBL kan stadig forekomme i disse ekstreme omgivelser, men teorien, der var bygget op omkring den mindre robuste overgang, havde faktisk problemer.

"Vi accepterede det på en måde for grundigt, og vi så ikke på finesserne i det," sagde Huse.

I 2021-værkerne omskrev og udvidede forskerne MBL-fasediagrammet for 1D-kæder. I Kansas-lignende flade områder termaliseres partikler hurtigt. I Rockies omklassificerede forskerne MBL "fasen" som et "prætermisk regime." Dette er det tilsyneladende stabile regime opdaget af BAA, Princeton-simuleringerne og atomeksperimenter. Men nu havde forskerne konkluderet, at hvis man ventede ekstremt længe - bogstaveligt talt milliarder af år på nogle opstillinger - ville partikler adskilt af Rockies faktisk blande sig og termalisere.

Ud over Rockies ligger Himalaya. Hvad der sker der er stadig et åbent spørgsmål. Sels og Prosen er overbevist om, at energi vil sprede sig, og termalisering vil i sidste ende ske, selvom det tager evigheder. Huse og virksomheden tror fortsat på, at ægte MBL sætter ind.

Den vigtigste af deres grunde til at tro på MBL er 2014-beviset. Af de engang talrige beviser, der understøtter eksistensen af ​​ægte MBL, er Imbries bevis det sidste, der står. Og efter en karriere med at udvikle skræddersyede matematiske værktøjer til netop denne type problemer, står han ved det.

"Det er ikke uhørt i matematik at have en fejl i et bevis," sagde han, "men jeg tror, ​​jeg ved, hvad jeg laver."

Beviset skiller fysikere imidlertid, fordi fysikere ikke forstår det. Det er ikke på grund af mangel på forsøg. Laumann fik engang Imbrie til at undervise ham og en håndfuld forskere i beviset i løbet af en uge i Italien, men de kunne ikke følge trinene i detaljer. Det er dog ikke helt overraskende, da fysikere typisk bruger matematik på en hurtigere og løsere måde end matematikere gør. Imbries argument afhænger ikke af noget specifikt niveau af robusthed i landskabet, så de seneste revisioner af MBL-fasediagrammet underminerer det på ingen måde. For at afgøre, om MBL virkelig eksisterer, bliver forskere nødt til at spænde fast og enten finde et problem i beviset eller verificere hver linje.

Sådanne bestræbelser er i gang. Sels og samarbejdspartnere siger, at de er ved at afslutte et argument, der vil modsige Imbries. I mellemtiden er De Roeck og Huveneers, matematikerne, der opdagede truslen om laviner, to år i et forsøg på at omskrive Imbries bevis i en mere tilgængelig form. De Roeck siger, at de har sat alle de store brikker på plads, og indtil videre ser logikken solid ud.

"MBL, jeg tror, ​​det eksisterer," sagde De Roeck. Men "vi laver matematik her, så ethvert lille problem kan afspore det hele."

Beyond Quantum Angels

I det univers, vi bebor, som i sig selv vil termalisere om et ubegribeligt antal år, er varighed altid noget af en illusion. Manhattan synker under sin egen vægt kl 1.6 centimeter pr. årti. Kontinenterne vil smelte sammen om cirka 250 millioner år. Og mens det er en myte at bunden af ​​middelalderlige farvede glasvinduer er blevet lidt tykkere gennem århundreder, tror fysikere, at glas flyder over en ukendt tidsskala, sandsynligvis mange milliarder år eller mere.

Hvis MBL viser sig ustabilt, vil et lokaliseret system med mange kroppe være mindst lige så holdbart som nogen af ​​disse eksempler. Det samme vil de kvantefænomener, der afhænger af MBL-tilstande. Tidskrystaller kan for eksempel miste deres lærebogsbetegnelser som "stoffaser", men de ville stadig være i stand til at blive ved med at tikke langt, meget længere end de kvantecomputere, der simulerer dem (eller de mennesker, der betjener computerne, f.eks. den sag). Mange akademikere bekymrer sig dybt om den matematiske mulighed for at besejre termalisering som det smukke, akademiske spørgsmål, det er. Men i disse dage mister de fleste ikke meget søvn over det.

"Måske var det altid engle, der dansede på hovedet af en nål," sagde Chandran.

I stedet har Chandran og andre svælget i chancen for at opdage et nyt termaliseringsfremkaldende fænomen, et som fysikere faktisk kan observere i små systemer.

Tilbage i 2018 havde hun og hendes samarbejdspartner Philip Crowley sat sig for at forstå, hvorfor små kæder så ud til langsomt at termalisere, selvom de var alt for små til, at flade pletter kunne dukke op. Duoen fastslog, at grupper af partikler lejlighedsvis var heldige og lånte energi fra en nabogruppe i den nøjagtige mængde, de skulle bruge for at vende til en ny konfiguration. De kaldte disse tilfældigheder "resonanser" og observerede, hvordan de havde tendens til at sprede sig fra gruppe til gruppe, hvilket førte til en langvarig termalisering i systemer for små til laviner. I 2020 viste de, at resonanser kan forklare 2015 eksponent mismatch og mange af de fiskeagtige funktioner som har vist sig i numeriske eksperimenter, indsigter, der hjalp Huse og virksomheden med at opdatere fasediagrammet for korte kæder i 2021.

I dag mener fysikere, at resonanser destabiliserer beskedne kæder med uorden på Rockies-niveau, mens laviner destabiliserer længere kæder ved højere niveauer af uorden.

Mens Chandran og andre forbedrer deres simuleringer og eksperimenter og udforsker længere, mere robuste kæder, spekulerer de på, hvad der ellers kan gemme sig i Himalaya og videre.

"Det ser ud til, at der foregår anden fysik derinde," sagde Huse. "Det ville være dejligst for mig. Jeg kan godt lide at finde nye ting.”

Redaktørens note: Enkelte forskere, der optræder i denne artikel, har modtaget støtte fra Simons Fonden, som også finansierer dette redaktionelt uafhængige magasin. Simons Fondens finansieringsbeslutninger har ingen indflydelse på vores dækning. Flere detaljer tilgængelige link..