Οι φυσικοί παρατηρούν ψευδή διάσπαση κενού σε ένα σιδηρομαγνητικό υπερρευστό - Physics World

Οι φυσικοί στην Ιταλία παρατήρησαν για πρώτη φορά ένα φαινόμενο γνωστό ως ψευδής διάσπαση κενού. Η εργασία, η οποία εκτελέστηκε σε ένα σιδηρομαγνητικό υπερρευστό, προάγει την κατανόησή μας για τις μεταβάσεις σιδηρομαγνητικής φάσης και θα μπορούσε να ρίξει περισσότερο φως στη σταθερότητα του πρώιμου σύμπαντος.

Ορισμένοι τύποι κβαντικών συστημάτων έχουν μετασταθερές (ψευδείς) καταστάσεις κενού καθώς και απόλυτη θεμελιωμένη (αληθινή) κατάσταση κενού. Αυτές οι καταστάσεις αντιπροσωπεύουν διαφορετικές διαμορφώσεις ενός κβαντικού πεδίου και το πεδίο μπορεί να διασπαστεί από την κατάσταση ψευδούς κενού στην αληθινή. Όταν συμβεί αυτό, σχηματίζονται εντοπισμένες μακροσκοπικές περιοχές πραγματικού κενού – φυσαλίδες – που περιβάλλονται από μπαλώματα ψευδούς κενού.

«Ένας τέτοιος μηχανισμός συζητήθηκε αρχικά στο πλαίσιο της κοσμολογίας για τη μελέτη της σταθερότητας του σύμπαντός μας, το οποίο μπορεί να είναι σε σταθερή ή μετασταθερή διαμόρφωση», εξηγεί. Γκαμπριέλε Φεράρι, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Trento, Ιταλία, ο οποίος συνοδήγησε τη μελέτη μαζί με Τζιάκομο Λαμπορέσι, Alessio Recati και Αλεσάντρο Ζενεσίνι του Κέντρο Pitaevskii BEC, CNR-INO στο Τρέντο της Ιταλίας. «Πράγματι, η διάσπαση του κενού θεωρείται ότι παίζει σημαντικό ρόλο στο πώς δημιουργήθηκε ο χώρος, ο χρόνος και η ύλη στη Μεγάλη Έκρηξη».

Φυσαλίδες που δημιουργούνται αυθόρμητα

Στο νέο έργο, το Κέντρο Pitaevskii BEC Η ομάδα χρησιμοποίησε άτομα νατρίου με σιδηρομαγνητική θεμελιώδη κατάσταση για να εξερευνήσει την ψευδή διάσπαση κενού σε ένα κβαντικό σύστημα πολλών σωμάτων. Η ομάδα προετοίμασε αυτό το σύστημα περιορίζοντας τα άτομα σε μια οπτική παγίδα και ψύχοντάς τα σε λιγότερο από ένα microkelvin πάνω από το απόλυτο μηδέν, όπου σχηματίζουν ένα σιδηρομαγνητικό υπερρευστό.

«Προετοιμάσαμε το σύστημα σε μια μετασταθερή κατάσταση στην οποία το υπερρευστό είναι πολωμένο προς την αντίθετη κατεύθυνση σε σχέση με το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο», εξηγεί ο Lamporesi. «Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, είδαμε ότι το σύστημα δημιουργούσε αυθόρμητα φυσαλίδες σε μακροσκοπικές περιοχές ευθυγραμμισμένες με το μαγνητικό πεδίο».

Δουλεύοντας με θεωρητικούς στο Πανεπιστήμιο του Νιούκαστλ, Ηνωμένο Βασίλειο, η ομάδα έδειξε περαιτέρω ότι αυτές οι φυσαλίδες ήταν, σύμφωνα με τα λόγια του Recati, «η πρώτη πειραματική απόδειξη του μηχανισμού της ψευδούς διάσπασης του κενού σε ένα μακροσκοπικό κβαντικό πεδίο».

Οι ερευνητές συνέχισαν να μετρούν τη σχέση μεταξύ του μέσου χρόνου αποσύνθεσης των φυσαλίδων και των πειραματικά ρυθμιζόμενων παραμέτρων, όπως η διαφορά ενέργειας μεταξύ πραγματικών και ψευδών καταστάσεων κενού (η οποία αλλάζει με το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο λόγω του φαινομένου Zeeman). Βρήκαν ότι μικρές παραλλαγές οδηγούν σε μεγάλες αλλαγές στο χρόνο αποσύνθεσης. «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν μια πολύ καλή συμφωνία με τις προβλέψεις ενός μοντέλου σήραγγας θεωρίας πεδίου (instanton), επιβεβαιώνοντας έτσι την ψευδή προέλευση της διάσπασης κενού του συστήματός μας», λέει ο Lamporesi. Κόσμος Φυσικής.

Τεχνικό επίτευγμα

Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων περιγράφονται στο Φυσική της Φύσης, και η Λαμπορέση τονίζει ότι η απόκτησή τους ήταν τεχνικά δύσκολη. Μεταξύ άλλων παραγόντων, το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο πρέπει να είναι εξαιρετικά σταθερό για να διατηρηθεί η συνοχή του σπιν του υπερρευστού συστήματος. Για να επιτύχει την απαιτούμενη σταθερότητα, η ομάδα έπρεπε να εγκαταστήσει μια μαγνητική ασπίδα γύρω από το υπερψυχρό ατομικό αέριο - ένα δύσκολο έργο, δεδομένου ότι έπρεπε να έχουν πρόσβαση στο σύστημα με ακτίνες λέιζερ για να χειριστούν τα άτομα.

Σε όλο το σύμπαν

Ενώ οι ερευνητές έχουν αναλύσει πόσο χρόνο χρειάζεται για να σχηματιστούν φυσαλίδες, αυτό είναι μόνο το πρώτο βήμα. Τώρα σχεδιάζουν να διερευνήσουν τη δυναμική των φυσαλίδων σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον για να κατανοήσουν τη φύση της ανάπτυξης των φυσαλίδων.

«Ένα άλλο σημαντικό βήμα θα είναι η αύξηση της αποτελεσματικής διάστασης του συστήματος από σχεδόν μονοδιάστατο, όπως στην παρούσα μελέτη, όπου η θεωρητική ανάλυση είναι ευκολότερη, σε δισδιάστατο, όπου εμφανίζονται ενδιαφέροντα φαινόμενα όπως συγκρούσεις φυσαλίδων και συγχώνευση, », λέει ο Ζενεσίνι. «Πολλά χαρακτηριστικά του πυρήνα και της δυναμικής των φυσαλίδων μελετήθηκαν θεωρητικά στο πλαίσιο της κοσμολογίας, όπου τα πειράματα δεν είναι ακόμη προσβάσιμα. Ωστόσο, είναι πολύ σχετικές με την κοινότητα της συμπυκνωμένης ύλης, καθώς συνδέονται με κβαντική σιδηρομαγνητική δυναμική που μπορεί να παρατηρηθεί πειραματικά – όπως έχουμε αποδείξει στην εργασία μας».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/physicists-observe-false-vacuum-decay-in-a-ferromagnetic-superfluid/