فیزیکدانان واپاشی خلاء کاذب را در یک ابر سیال فرومغناطیسی مشاهده کردند - دنیای فیزیک

فیزیکدانان واپاشی خلاء کاذب را در یک ابر سیال فرومغناطیسی مشاهده کردند - دنیای فیزیک

تمبر زمان: 12 فوریه 2024، 9:35 صبح

تصویر هنرمند که یک مخلوط اسپین ابرسیال از اتم‌های سدیم را در حالت خلاء کاذب (آبی) و فروپاشی آن به حالت خلاء واقعی (قرمز) نشان می‌دهد.
حباب دور: در آزمایشگاه گازهای کوانتومی در ترنتو، تیم یک مخلوط اسپین ابرسیال از اتم‌های سدیم در حالت خلاء کاذب (آبی) تولید کرد و تجزیه آن را به حالت خلاء واقعی (قرمز) از طریق تشکیل حباب‌های اسپین مشاهده و مطالعه کرد. (با احترام: G Lamporesi، A Recati و A Zenesini)

فیزیکدانان ایتالیایی برای اولین بار پدیده ای به نام واپاشی خلاء کاذب را مشاهده کردند. این کار که در یک ابر سیال فرومغناطیسی انجام شد، درک ما را از انتقال فاز فرومغناطیسی ارتقا می‌دهد و می‌تواند روشنی بیشتری بر پایداری جهان اولیه بیافزاید.

برخی از انواع سیستم‌های کوانتومی حالت‌های خلاء متاپایدار (کاذب) و همچنین حالت خلاء مطلق (واقعی) دارند. این حالت‌ها پیکربندی‌های متفاوتی از یک میدان کوانتومی را نشان می‌دهند و میدان می‌تواند از حالت خلاء کاذب به حالت درست تبدیل شود. هنگامی که این اتفاق می افتد، مناطق ماکروسکوپی موضعی خلاء واقعی - حباب ها - تشکیل می شوند که توسط تکه هایی از خلاء کاذب احاطه شده اند.

توضیح می‌دهد: «چنین مکانیسمی در ابتدا در زمینه کیهان‌شناسی برای مطالعه پایداری جهان ما مورد بحث قرار گرفت، که می‌تواند در یک پیکربندی پایدار یا فراپایدار باشد.» گابریل فراری، یک فیزیکدان در دانشگاه ترنتو، ایتالیا، که همراه با هم این مطالعه را رهبری کردند جاکومو لامپورزی, آلسیو رکاتی و الساندرو زنسینی از مرکز Pitaevskii BEC، CNR-INO در ترنتو ایتالیا در واقع، تصور می‌شود که فروپاشی خلاء نقش مهمی در نحوه ایجاد فضا، زمان و ماده در انفجار بزرگ بازی می‌کند.

حباب هایی که خود به خود تولید می شوند

در کار جدید، مرکز BEC Pitaevskii تیم از اتم های سدیم با حالت پایه فرومغناطیسی برای کشف واپاشی خلاء کاذب در یک سیستم کوانتومی چند جسمی استفاده کردند. تیم این سیستم را با محصور کردن اتم ها در یک تله نوری و خنک کردن آنها تا کمتر از یک میکروکلوین بالای صفر مطلق آماده کردند، جایی که آنها یک ابر سیال فرومغناطیسی را تشکیل می دهند.

Lamporesi توضیح می دهد: "ما سیستم را در یک حالت فراپایدار آماده کردیم که در آن ابر سیال در جهت مخالف با توجه به میدان مغناطیسی اعمال شده قطبی شده است." پس از مدتی، دیدیم که سیستم به طور خود به خود حباب هایی را در مناطق ماکروسکوپی همسو با میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

کار با نظریه پردازان در دانشگاه نیوکاسل، انگلستانتیم تحقیقاتی همچنین نشان داد که این حباب‌ها، به قول رکاتی، «اولین شواهد تجربی مکانیسم واپاشی خلاء کاذب در یک میدان کوانتومی ماکروسکوپی» بودند.

محققان در ادامه به اندازه‌گیری رابطه بین میانگین زمان فروپاشی حباب‌ها و پارامترهای قابل تنظیم تجربی مانند اختلاف انرژی بین حالت‌های خلاء واقعی و کاذب (که با میدان مغناطیسی اعمال شده به دلیل اثر زیمن تغییر می‌کند) پرداختند. آنها دریافتند که تغییرات کوچک منجر به تغییرات بزرگ در زمان پوسیدگی می شود. لامپورسی می‌گوید: «نتایج ما تطابق بسیار خوبی با پیش‌بینی‌های یک مدل تونل‌زنی تئوری میدان (اینستنتون) نشان می‌دهد، بنابراین منشاء واپاشی خلاء کاذب سیستم ما را تأیید می‌کند. دنیای فیزیک.

یک دستاورد فنی

نتایج این آزمایشات در شرح داده شده است فیزیک طبیعتو Lamporesi تاکید می کند که به دست آوردن آنها از نظر فنی چالش برانگیز بود. در میان عوامل دیگر، میدان مغناطیسی خارجی باید بسیار پایدار باشد تا انسجام چرخشی سیستم فوق سیال حفظ شود. برای دستیابی به پایداری لازم، تیم مجبور شد یک سپر مغناطیسی را در اطراف گاز اتمی فوق سرد نصب کند - کاری دشوار است، با توجه به اینکه آنها برای دستکاری اتم ها نیاز به دسترسی به سیستم با پرتوهای لیزر داشتند.

در حالی که محققان مدت زمان تشکیل حباب ها را تجزیه و تحلیل کرده اند، این فقط اولین قدم است. آنها اکنون قصد دارند پویایی حباب ها را در یک محیط کنترل شده بررسی کنند تا ماهیت رشد حباب را درک کنند.

یکی دیگر از گام های مهم افزایش ابعاد موثر سیستم از شبه یک بعدی است، همانطور که در مطالعه حاضر، که در آن تجزیه و تحلیل نظری آسان تر است، به دو بعدی، که در آن پدیده های جالبی مانند برخورد حباب و ادغام ظاهر می شود، زنسینی می گوید. بسیاری از ویژگی‌های هسته‌زایی و دینامیک حباب به صورت نظری در زمینه کیهان‌شناسی مورد مطالعه قرار گرفتند، جایی که آزمایش‌ها هنوز در دسترس نیستند. با این حال، آنها برای جامعه ماده متراکم نیز بسیار مرتبط هستند، زیرا با دینامیک فرومغناطیسی کوانتومی مرتبط هستند که می توان به صورت تجربی مشاهده کرد - همانطور که در کار خود نشان داده ایم.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک