קוואזי-חלקיקים פרמיוניים שנתפסו אט אט 'נעלמים' בפעם הראשונה - עולם הפיזיקה

חוקרים צפו ישירות בקווזי-חלקיקים פרמיוניים "נעלמים" לאט בפעם הראשונה. פעולת ההיעלמות הזו התרחשה בסמוך למעבר פאזה קוונטי במה שנקרא תרכובת פרמיון כבדה. בנוסף לקידום ההבנה שלנו לגבי היציבות של חלקיקים קוואזיניים פרמיוניים, למעברים כאלה יכולים להיות יישומים בטכנולוגיית מידע קוונטית.

מעבר הפאזות הידוע ביותר מתרחש כאשר מים הופכים בפתאומיות לקרח כשהם מתקררים מתחת ל-0 מעלות צלזיוס. המאפיינים של קרח שונים מאוד מאלו של מים נוזליים - צפיפות הקרח נמוכה בהרבה, למשל, והמבנה שלו משתנה באופן דרמטי. עם זאת, במעברי פאזה מסוימים, השינוי מתרחש בהדרגה יותר. לדוגמה, ברזל עובר מפרומגנטי לפראמגנטי כשהוא מחומם ל-760 מעלות צלזיוס, אך ככל שהמעבר מתקדם, למערכת לוקח יותר ויותר זמן להגיע לשיווי משקל, ובכך מאט את המעבר והופכת אותו לרציף יותר. משמעות הדבר היא ששני השלבים (פרומגנטיים ופראמגנטיים) הופכים קרובים יותר באנרגיה.

תופעה זו אופיינית למעברי פאזה הכוללים עירורים של בוזונים, שהם חלקיקים המתווכים אינטראקציות (כולל האינטראקציות האחראיות למגנטיות). אולם, ברמה היסודית, החומר אינו מורכב מבוזונים, אלא מפרמיונים.

"אלקטרונים שייכים למשפחת הפרמיונים", מציין חבר צוות המחקר שובון פאל, "וחומר המורכב מחלקיקים אלה לא יכול להיות מושמד בדרך כלל בגלל חוקי הטבע הבסיסיים. לכן פרמיונים לא יכולים להיעלם וזו הסיבה שבדרך כלל הם לעולם אינם מעורבים במעברי פאזה."

סופרפוזיציה של שני סוגים של מצבי אלקטרונים

באמצעות מדידות ספקטרוסקופיה של תחום זמן של Terahertz, Pal ועמיתיו ב מנפרד פייביגהקבוצה של ב ETH ציריך, שוויץ צפה בהאטה קריטית זו ליד מעבר פאזה קוונטי ב-YbRh₂Si₂. הקוואזי-חלקיקים בחומר זה מורכבים מסופרפוזיציה של שני סוגים של מצבי אלקטרונים: אחד המורכב מאלקטרונים מקומיים כמו אלו שנמצאים במבודד ואחד המורכב מאלקטרונים ניידים כמו במתכת. תכונה בולטת של סופרפוזיציה זו היא שהאלקטרונים, במידה מסוימת, קשורים במרחב, מה שמקנה להם מסה אפקטיבית של 10³ כדי 10⁴ גדול יותר ממסת המנוחה של אלקטרון רגיל. תרכובות התומכות בסוג זה של קשירה ידועות לפיכך כתרכובות כבדות פרמיון.

בניגוד אחר לאלקטרונים "רגילים", הקוואזי-חלקיקים הללו, שקיימים רק במשטר הקוונטי, יכולים להיהרס במהלך מעבר פאזה. זהו גורם המפתח שמאפשר להם לעבור מעבר מתמשך הדומה לאלו הכוללים בוזונים, אומר פאל.

מעריך קריטי

במחקרם חילצו החוקרים פרמטר המכונה המעריך הקריטי המתייחס לקריסה בהסתברות להיווצרות המצבים האקזוטיים הללו במעבר השלב. "אפשר להשתמש במעריכים קריטיים כדי לסווג מעברי פאזה וניתן להרחיב את המושג הזה לסיווג מעברים לא רק הקשורים לפירוק של פרמטרי סדר בוזוני, כמו המגנטיזציה במעבר פרומגנטי, אלא גם למעברי פאזה אקזוטיים עם הרס הפרמיוני. חלקיקים", מסביר פאל, שנמצא כעת ב- NISER בהודו.

בוזוני מיורנה יכולים להתקיים במערכות מתפזרות, לפי החישובים

החוקרים השתמשו בקרינת טרה-הרץ מכיוון שסולמות האנרגיה שלה עולים בקנה אחד עם סולמות האנרגיה הפנימיים של פרמיונים כבדים. "עם עירור THz, הקוואזי-חלקיקים מתפרקים ונעלמים, ומעבירים את המערכת למצב לא שיווי משקל", מסביר פאל. "הוא שואף באופן טבעי לחזור לשיווי משקל באמצעות הופעה מחדש של קוואזי-חלקיקים ותהליך שחזור זה מתרחש לאחר עיכוב זמן מסוים התואם את מאזני האנרגיה הפנימיים של מערכות פרמיון כבדות."

על ידי מדידת תגובה מושהית זו, הצוות הצליח להתבונן ולאפיין את האבולוציה - כלומר, היעלמותם והופעתם מחדש - של הקווזי-חלקיקים.

המחקר, המפורט ב פיזיקת טבע, מדגיש דרך חדשה לחקור מתאמים של גופים רבים בחומרים קוונטיים אקזוטיים מסוימים כמו תרכובות פרמיון כבדות. "זוהי אפוא נקודת מוצא לחקירות נוספות רבות על חומרים שונים החושפים את הפיזיקה של מעברי פאזה בעולם הקוונטי", אומר פאל. עולם הפיזיקה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• ChartPrime. הרם את משחק המסחר שלך עם ChartPrime. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/fermionic-quasiparticles-caught-slowly-disappearing-for-the-first-time/