Partikel kuasi fermionik tertangkap perlahan 'menghilang' untuk pertama kalinya – Dunia Fisika

Para peneliti telah mengamati secara langsung kuasipartikel fermionik yang perlahan “menghilang” untuk pertama kalinya. Tindakan penghilangan ini terjadi di dekat transisi fase kuantum dalam senyawa fermion berat. Selain meningkatkan pemahaman kita tentang stabilitas kuasipartikel fermionik, transisi semacam itu juga dapat diterapkan dalam teknologi informasi kuantum.

Transisi fase yang paling terkenal terjadi ketika air tiba-tiba berubah menjadi es saat mendingin di bawah 0 °C. Karakteristik es sangat berbeda dengan air cair – kepadatan es jauh lebih rendah, dan strukturnya berubah secara dramatis. Namun, dalam beberapa transisi fase, perubahan terjadi lebih bertahap. Misalnya, besi berubah dari feromagnetik menjadi paramagnetik ketika dipanaskan hingga 760 °C, namun seiring dengan berjalannya transisi, sistem memerlukan waktu semakin lama untuk mencapai kesetimbangan, sehingga memperlambat transisi dan membuatnya lebih berkelanjutan. Artinya kedua fasa (feromagnetik dan paramagnetik) menjadi lebih dekat energinya.

Fenomena ini khas untuk transisi fase yang melibatkan eksitasi boson, yaitu partikel yang memediasi interaksi (termasuk interaksi yang menyebabkan magnetisme). Namun pada tingkat fundamental, materi tidak terdiri dari boson, melainkan fermion.

“Elektron termasuk dalam keluarga fermion,” catat anggota tim peneliti Sobat Shovon, “dan materi yang terdiri dari partikel-partikel ini biasanya tidak dapat dimusnahkan karena hukum dasar alam. Oleh karena itu, fermion tidak dapat menghilang dan karena alasan inilah mereka biasanya tidak pernah terlibat dalam transisi fase.”

Superposisi dua jenis keadaan elektron

Dengan menggunakan pengukuran spektroskopi domain waktu terahertz, Pal dan rekannya masuk Manfred Fiebiggrup di ETH Zurich, Swiss mengamati perlambatan kritis ini di dekat transisi fase kuantum di YbRh₂Si₂. Partikel kuasi dalam bahan ini terdiri dari superposisi dua jenis keadaan elektron: satu terdiri dari elektron terlokalisasi seperti yang ditemukan pada isolator dan satu lagi terdiri dari elektron bergerak seperti pada logam. Salah satu ciri yang mencolok dari superposisi ini adalah bahwa elektron, sampai batas tertentu, terikat secara spasial, sehingga menghasilkan massa efektif 10³ untuk 10⁴ lebih besar dari massa diam elektron normal. Senyawa yang mendukung jenis pengikatan ini dikenal sebagai senyawa fermion berat.

Berbeda dengan elektron “normal”, kuasipartikel ini, yang hanya ada dalam rezim kuantum, dapat dihancurkan selama transisi fase. Ini adalah faktor kunci yang memungkinkan mereka menjalani transisi berkelanjutan yang sebanding dengan transisi yang melibatkan boson, kata Pal.

Eksponen kritis

Dalam studi mereka, para peneliti mengekstraksi parameter yang dikenal sebagai eksponen kritis yang berkaitan dengan runtuhnya kemungkinan pembentukan keadaan eksotik ini pada transisi fase. “Eksponen kritis dapat digunakan untuk mengklasifikasikan transisi fase dan konsep ini sekarang dapat diperluas untuk mengklasifikasikan transisi tidak hanya terkait dengan rincian parameter tatanan bosonik, seperti magnetisasi dalam transisi feromagnetik, tetapi juga transisi fase eksotik dengan penghancuran fermionik. partikel,” jelas Pal, yang sekarang berada di NISER di India.

Boson Majorana bisa saja ada dalam sistem disipatif, menurut perhitungan

Para peneliti menggunakan radiasi terahertz karena skala energinya setara dengan skala energi intrinsik fermion berat. “Setelah eksitasi THz, kuasipartikel terurai dan menghilang, membawa sistem ke keadaan non-ekuilibrium,” jelas Pal. “Ia secara alami berusaha untuk kembali ke keseimbangan melalui kemunculan kembali partikel kuasi dan proses rekonstruksi ini terjadi setelah jeda waktu tertentu yang sesuai dengan skala energi intrinsik sistem fermion berat.”

Dengan mengukur respons yang tertunda ini, tim dapat mengamati dan mengkarakterisasi evolusi – yaitu hilangnya dan kemunculan kembali – partikel kuasi.

Studi, yang dirinci dalam Fisika Alam, menyoroti cara baru untuk menyelidiki korelasi banyak benda dalam bahan kuantum eksotik tertentu seperti senyawa fermion berat. “Dengan demikian, ini merupakan titik awal untuk banyak penyelidikan lebih lanjut pada berbagai material yang mengungkap fisika transisi fase di dunia kuantum,” kata Pal. Dunia Fisika.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• ChartPrime. Tingkatkan Game Trading Anda dengan ChartPrime. Akses Di Sini.
• BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/fermionic-quasiparticles-caught-slowly-disappearing-for-the-first-time/