Un truc cuantic implica stabilitate eternă. Acum se destramă. | Revista Quanta

Este un adevăr atât al fizicii, cât și al experienței de zi cu zi că lucrurile se destramă. Gheata se topeste. Clădirile se prăbușesc. Orice obiect, dacă aștepți suficient de mult, se amestecă cu el însuși și cu împrejurimile dincolo de recunoaștere.

Dar începând cu 2005, o serie de descoperiri au făcut ca acest marș al morții să pară opțional. Doar într-un cadru cuantic potrivit, orice aranjament de electroni sau atomi ar rămâne nemișcat pentru toată eternitatea – chiar și aranjamentele inegale care zvârneau de activitate. Descoperirea a zburat în fața înțelepciunii convenționale conform căreia fenomenele cuantice erau lucruri fragile, observabile doar la temperaturi extrem de scăzute. De asemenea, a făcut o gaură în fundamentele termodinamicii, venerabila ramură a fizicii care explică fenomene precum căldura și entropia ca consecințe inevitabile ale interacțiunii unor vaste roiuri de particule.

Rezultatele au venit ca un șoc pentru fizicieni precum Norman Yao, un student absolvent la acea vreme, care acum este profesor la Universitatea Harvard. „Iad sfânt”, și-a amintit gândindu-se, folosind un cuvânt mai puternic decât iad. „Dacă acest lucru este adevărat într-un sistem cu multe particule care interacționează, atunci mecanica statistică eșuează. Termodinamica eșuează.”

Noțiunea de stabilitate cuantică radical nouă s-a răspândit. I-a inspirat pe teoreticieni să evoce o serie de noi faze ale materiei cuantice, cum ar fi cristalele de timp - sisteme care susțin un comportament care se repetă la infinit fără a absorbi energie. Iar inginerii cuantici care se luptă cu supărarea qubiților pentru a construi computere cuantice s-au încurajat la acest indiciu că lupta lor a fost una de câștigat.

„Într-un computer cuantic trebuie să ai memorie despre condițiile tale inițiale; altfel nu poți face nimic”, a spus Yao.

Acumularea de dovezi a atins apogeul în 2014 cu o dovadă matematică riguroasă că modelele cuantice ar putea într-adevăr să dureze pentru totdeauna.

În ultimii ani însă, promisiunea structurilor cuantice veșnic stabile a început să se clătinească. Astfel de modele pot dura într-adevăr eoni, după cum au descoperit experimentele inovatoare. Dar o dezbatere se dezlănțuie dacă acești eoni se pot întinde cu adevărat până la eternitate, așa cum au crezut mulți fizicieni. În cursul disecării naturii fundamentale a destinului cuantic, fizicienii implicați au descoperit fenomene cuantice necunoscute anterior care amenință stabilitatea marilor hoarde de particule.

„Ați crezut că ați înțeles [aceasta idee] foarte bine, iar acum nu o înțelegeți”, a spus Vedika Khemani, fizician la Universitatea Stanford. "E distractiv. Există un mister de rezolvat din nou.”

Un gust de eternitate

O insinuare timpurie a eternității cuantice a fost preluată de Phil Anderson, un fizician care avea să devină o legendă în domeniul său. În anii 1950, Anderson a fost la Bell Labs studiind ceea ce era atunci fizica de ultimă oră - comportamentul electronilor în interiorul semiconductorilor. În timp ce încerca să înțeleagă niște rezultate experimentale surprinzătoare, s-a trezit gândindu-se la o problemă mai abstractă.

Era posibil, se întrebă Anderson, să prindă o singură particulă cuantică în loc?

Este ușor să prinzi un obiect clasic, cum ar fi o minge de biliard. Înconjoară-l doar cu bariere, ca șinele unei mese de biliard. Dar particulele cuantice pot călători fără a ține cont de bariere prin „tunele” prin ele. Problema este că nu pot călători departe. Tunnelarea devine grea – adică exponențial puțin probabilă – cu cât o particulă încearcă să meargă mai departe. Anderson s-a întrebat ce împrejurimi ar putea conține un artist cuantic de evadare.

Secretul, a descoperit el, era să lipiți particula într-un peisaj cuantic „dezordonat”, unul punctat cu vârfuri și văi. Fiecare locație ar avea o înălțime aleatorie, reprezentând o energie aleatoare. Într-un material real, această tulburare poate proveni din impurități, cum ar fi atomi lipsă sau atomi de diferite elemente.

Cu suficientă dezordine, a concluzionat Anderson, o particulă nu ar avea niciodată un tunel departe. Pentru a face tunel, o particulă trebuie să găsească o locație cu o energie similară (sau la o altitudine similară) cu cea în care pornește. Și mai multă dezordine face astfel de locuri mai rare. Privind mai mult în peisaj, o particulă ar putea fi capabilă să cerceteze site-urile candidate la un clip decent. Această rată ar putea fi destul de rapidă în dimensiuni „mai înalte”, cum ar fi planurile 2D și cărămizile 3D, unde particula are mai multe opțiuni disponibile. Dar dificultatea exponențială de a ajunge în acele locații ar crește întotdeauna și mai repede, făcând tunelul o propunere puțin probabilă.

Tunelul nu a fost suficient, a argumentat Anderson o hârtie 1958. Un peisaj dezordonat de orice dimensiune ar „localiza” o particulă. Lucrarea a rămas practic necitită ani de zile, deși în cele din urmă i-ar ajuta să-i asigure o parte din 1977 Premiul Nobel pentru fizică.

În timp ce gândurile lui Anderson au fost inspirate de electronii dintr-un semiconductor, încadrarea lui dezvăluie că el gândea mai abstract. Anomalia care îl motivase era o rezistență misterioasă a electronilor la un proces cunoscut sub numele de termalizare. El a căutat să înțeleagă mai profund când un sistem se va termoliza sau nu. Nu a fost primul fizician care a studiat acest fenomen, dar întrebările pe care le-a ridicat în lucrarea sa aveau să capteze imaginația unei generații ulterioare de fizicieni.

„A fost cu 50 de ani înaintea timpului său”, a spus David Huse, fizician la Universitatea Princeton.

În limbajul de zi cu zi, termalizarea este tendința naturală a sistemelor de a se amesteca. Un nou pachet de cărți își pierde rapid ordinea inițială. Un castel de nisip se termină ca un bulgăre umed de nisip. În termodinamică, această tendință este o consecință directă a statisticilor. Există doar câteva moduri de a fi comandat și un număr enorm de moduri de a fi amestecat, așa că un sistem ordonat inițial este extrem de probabil să ajungă amestecat.

Caracteristica cheie a termalizării este că orice tipar inițial este șters de amestecare. Orice punct fierbinte inițial sau concentrație de energie, de exemplu, se extinde până când nu mai este posibilă răspândirea. În acest moment, sistemul devine stabil și încetează să se schimbe semnificativ - un scenariu pe care fizicienii îl numesc echilibru termic.

Privind retrospectiv, fizicienii văd că lucrarea lui Anderson conținea semințele unei rebeliuni împotriva termalizării. El a arătat că un peisaj dezordonat poate prinde o singură particulă. Întrebarea cheie a devenit: Ar putea localiza multe particule? Dacă particulele s-ar bloca pe loc, energia nu s-ar răspândi și un sistem nu s-ar termoliza niciodată. Ca opusul termalizării, localizarea ar reprezenta un tip complet nou de stabilitate, o modalitate neașteptată pentru ca modelele cuantice de energie să persistă pentru totdeauna.

„Știind dacă termalizarea este acest lucru universal care se va întâmpla într-un sistem închis sau dacă se poate descompune complet”, a spus Maissam Barkeshli, fizician la Universitatea din Maryland, „este una dintre cele mai fundamentale întrebări din fizică”.

Răspunsul la această întrebare, totuși, ar necesita rezolvarea unei probleme care a făcut ca lucrarea lui Anderson, câștigătoare a Premiului Nobel, să pară o încălzire. Problema de bază este că grupurile de particule se pot influența reciproc în moduri colosal de complexe. Contabilizarea acestor interacțiuni s-a dovedit atât de complicată încât s-au scurs aproape 50 de ani între lucrarea lui Anderson din 1958 și primele încercări serioase de a înțelege localizarea în sistemele cu mai multe particule, pe care fizicienii le numesc localizare pe mai multe corpuri.

Răspunsul incredibil care avea să apară, o jumătate de secol mai târziu, a fost că termalizarea nu este întotdeauna inevitabilă. Sfidând termicizarea, localizarea mai multor corpuri părea posibilă.

„Încalcă legile termodinamicii”, a spus Wojciech De Roeck, fizician la KU Leuven din Belgia. „Înseamnă că haosul nu învinge întotdeauna.”

Creșterea localizării cu mai multe corpuri

Continuarea de succes a lucrării lui Anderson a venit în 2005, când Denis Basko, Igor Aleiner și Boris Altshuler, fizicieni cu afilieri la universitățile Princeton și Columbia, au publicat o lucrare de referință care ar face inițialele lor să fie recunoscute instantaneu pentru cercetătorii din domeniu. În el, BAA a studiat dacă impuritățile atomice dintr-un metal ar putea localiza electronii, prinzându-i lângă atomi și transformând materialul conducător într-un izolator.

In 88 pagini de matematică densă, cuprinzând 173 de ecuații numerotate și 24 de cifre (excluzând apendicele), BAA a arătat că un material dezordonat ar putea într-adevăr să oprească grupuri de electroni pe urmele lor, așa cum a arătat Anderson că ar putea opri o particulă. Munca lor a lansat în mod eficient studiul localizării mai multor corpuri sau MBL.

„A fost într-adevăr un tur de forță”, a spus Khemani. „Au arătat că MBL este stabil în toate dimensiunile.” Lucrarea era de asemenea impenetrabilă. Cercetătorii au crezut-o, dar nu au înțeles-o suficient de bine pentru a construi pe baza ei. „Nimeni nu ar putea face cu adevărat calculul BAA în afară de ei”, a spus Jed Pixley, un fizician al materiei condensate la Universitatea Rutgers.

Dar descoperirea BAA a trimis valuri în campusul Princeton. Basko i-a spus prietenului său Vadim Oganesyan, care a discutat despre asta cu consilierul său, David Huse. Cei doi rulau deja simulări pe computer care le-ar permite să testeze ideile BAA mai direct în contextul mai abstract al termalizării.

În simulările lor, Huse și Oganesyan au creat lanțuri de particule cuantice care ar putea îndrepta în sus sau în jos și și-ar putea răsturna vecinii. Când au adăugat din ce în ce mai multă dezordine, conform rețetei de localizare, au văzut semne că lanțurile de particule treceau de la un scenariu de termalizare (unde, să zicem, o particulă care se răstoarnă rapid și-ar răspândi energia și începe să-și răstoarne vecinii) la un scenariu localizat (în care particula și-ar păstra energia). Tranziția de la termalizare la localizarea la un anumit nivel de dezordine arăta mai degrabă ca tranziții între fazele materiei, cum ar fi între lichid și gheață, care au loc la o anumită temperatură.

Ar putea MBL să se califice ca o fază de fel? Fazele au un statut special în fizică. Au și o definiție specială. În mod crucial, o fază a materiei trebuie să fie stabilă pentru o perioadă de timp infinit de lungă și pentru un sistem infinit de mare. Dacă într-adevăr a existat o tranziție între termalizare și localizare și dacă localizarea a avut loc la infinit pentru sisteme infinite, poate că cele două tipuri de stabilitate ar putea fi gândite ca faze în sine.

Oganesyan și Huse nu au putut simula lanțuri infinit de lungi timpuri infinit de lungi (au putut face aproximativ o duzină de particule), așa că nu au fost surprinși că au văzut semne imperfecte de localizare. Dar, pe măsură ce și-au făcut lanțurile mai lungi, tranziția la localizare a devenit mai accentuată. Prima lor lucrare, postat în 2006, a tachinat posibilitatea intrigantă că pentru lanțuri infinit de lungi cu suficientă dezordine, ar putea exista o fază de localizare.

Poate mai important, simulările lor au fost ușor de înțeles. „David a făcut calculul pentru ca oricine să-l poată face”, a spus Pixley.

Studiile numerice ulterioare au susținut ideea că un peisaj accidentat ar putea localiza energia, iar fizicienii au început să ia în considerare implicațiile. Potoviile de energie, adesea sub formă de căldură, distrug fazele delicate ale materiei cuantice. Dar dacă vârfurile suficient de zimțate ar putea opri răspândirea energiei, structurile cuantice ar putea supraviețui efectiv la orice temperatură. „Puteți obține fenomene pe care le asociem cu adevărat și le înțelegem doar la temperatura zero”, a spus Anushya Chandran, un fizician la Universitatea din Boston care a studiat MBL ca student absolvent de Princeton.

O structură cuantică de profil înalt care a crescut din MBL a fost un model în timp. Întoarceți un capăt al unui lanț de particule la o anumită viteză și întregul lanț s-ar putea întoarce între două configurații fără a absorbi energia de la răsturnare. Acestea „cristale de timp” au fost o fază exotică de dezechilibru a materiei, ceea ce a fost posibil doar pentru că un peisaj suficient de dezordonat a împiedicat orice aranjament imaginabil de particule să atingă echilibrul termic.

„Nu există nici un analog”, a spus Khemani, care a venit prin Princeton în această perioadă și va continua să joace un rol de pionierat în înțelegerea și crearea cristalelor de timp. „Aceasta este o schimbare completă de paradigmă.”

Piesa finală a puzzle-ului teoretic a intrat în loc în 2014, când John Imbrie, un fizician matematician de la Universitatea din Virginia, a arătat că, dacă ai putea lega împreună un lanț infinit de particule cu suficientă dezordine, orice configurație ar rămâne localizată. În ciuda capacității particulelor de a interacționa cu vecinii lor, ei ar continua să-și facă propriile lucruri pentru totdeauna.

Dovada matematică riguroasă, care sunt rare în fizică, a fost rezultatul a cinci ani de efort. Era aproape garantat că localizarea era posibilă, solidificându-și statutul de fază. „Când faci un argument matematic, trebuie să iei în considerare orice posibilitate”, a spus Imbrie. „Asta face parte din frumusețe.”

Aproximativ în aceeași perioadă, fizicienii cu laboratoare specializate în manipularea atomilor reci confirmau că particulele reale se comportau în același mod ca și cele digitale. Număr modest de atomi separați de munți de lumină se răspândesc într-un ritm glaciar, atât când dispuse în linii 1D și atunci când aranjate în grile 2D.

Cu o preponderență de dovezi experimentale, matematice și numerice, MBL părea destinat să intre în panteonul tranzițiilor de fază alături de magnetism și supraconductivitate. Fizicienii se așteptau ca o mare varietate de sisteme diferite în dimensiuni diferite să poată ignora în mod flagrant presupusa lor soartă termodinamică.

În 2022, Societatea Americană de Fizică i-a acordat lui Altshuler, Huse și Aleiner prestigiosul Premiul Lars Onsager, numit după fizicianul matematician care a demonstrat că a model de desene animate a capturat tranziția de fază pe măsură ce un material a devenit magnetizat.

Dar chiar înainte ca premiile să fie acordate, ideea unor structuri infinit de durabile începuse să se destrame.

Începutul clătinării

Primul tremur a venit la aproximativ un an și jumătate după dovada lui Imbrie.

Amintiți-vă că se crede că tranziția de la termalizare la localizare scade ca tranzițiile între fazele familiare ale materiei. Când metalul magnetizează, de exemplu, anumite proprietăți se schimbă la viteze particulare, descrise de ecuații meticulos calculate. Valori particulare din aceste ecuații au anumiți exponenți, cum ar fi 2 in x².

Pentru o adevărată tranziție de fază într-o singură dimensiune, matematicienii au demonstrat că doi dintre acești exponenți trebuie să fie mai mari decât 2. Dar simulările MBL au descoperit că sunt 1 - un dezacord major. Într-o pretipărire încă nepublicată postat în 2015, Oganesyan și Chandran, împreună cu Christopher Laumann de la Universitatea din Boston, au arătat că nepotrivirea nu a fost doar un efect secundar trivial al studierii lanțurilor scurte, mai degrabă decât a celor infinite. Ceva mai fundamental părea deplasat.

„Au analizat cu atenție”, a spus Huse. „Dar nu ne-am putut da seama ce este în neregulă.”

Un șir de șocuri mai mari au venit în următorii câțiva ani. Imaginați-vă genul de peisaj montan care ar duce la MBL. Acum extinde acel peisaj la infinit în toate direcțiile. Dacă explorezi la întâmplare suficient din el, la un moment dat ești obligat să te confrunți cu o zonă plată extinsă.

Particulele dintr-o zonă plată pot găsi cu ușurință stări de energie similară cu tunelul, astfel încât se amestecă și se termalizează. Într-o astfel de regiune, stările energetice abundă, crescând șansele ca o particulă din munții vecini să poată intra în contact și să devină termică ea însăși, a susținut De Roeck de la KU Leuven și François Huveneers, care era atunci la Universitatea Paris-Dauphine din Franța. Astfel, zona plată poate servi ca sursă de energie termică.

Dar ar putea un patch atât de mic să distrugă întregul sistem? Scenariul părea intuitiv la fel de plauzibil ca o cadă cu hidromasaj din Denver care provoacă crize în Vail, Breckenridge și Telluride. Fizicienii nu au acceptat-o ​​imediat. Când De Roeck și Huveneers au ridicat această posibilitate la conferințe, discuțiile lor au provocat izbucniri de furie din partea publicului.

„A fost o mare surpriză”, a spus De Roeck. „Mulți oameni la început nu ne-au crezut.”

Într-o serie de lucrări care încep în 2016, De Roeck, Huveneers și colaboratorii și-au prezentat cazul pentru un proces cunoscut acum sub numele de avalanșă. Ei au susținut că, spre deosebire de o cadă cu hidromasaj, ceea ce începe ca o picătură de particule termice poate bulgăre de zăpadă într-un ocean.

„Aveți o baie de căldură și recrutează locuri învecinate în baia de căldură”, a spus Imbrie. „Devine din ce în ce mai puternic și atrage din ce în ce mai multe site-uri. Asta e avalanșa.”

Întrebarea crucială a fost dacă o avalanșă avea să câștige avânt sau să o piardă. Cu fiecare pas, baia de căldură ar deveni într-adevăr un rezervor de energie mai mare și mai bun. Dar fiecare pas a îngreunat și termicizarea următorului site. Amintește de localizarea unei singure particule a lui Anderson, dezbaterea s-a rezumat la o cursă între două efecte: îmbunătățirea băii versus dificultatea de a crește în continuare.

De Roeck și Huveneers au susținut că avalanșele vor câștiga în două și trei dimensiuni, deoarece au stocat stările de energie incredibil de rapid - la rate legate de suprafața lor în creștere rapidă (în 2D) sau volumul (în 3D). Majoritatea fizicienilor au ajuns să accepte că avalanșele din aceste peisaje erau de neoprit, făcând din MBL o perspectivă îndepărtată în foi sau cărămizi.

Dar posibilitatea MBL în lanțuri unidimensionale a supraviețuit, deoarece o avalanșă care mătura o linie acumulează stări de energie mai lent. De fapt, baia de căldură devine mai puternică în aproximativ aceeași rată cu care crește dificultatea creșterii. A fost o cravată. Avalanșele pot continua în 1D sau s-ar putea opri.

Alți fizicieni, între timp, au devenit sceptici că MBL ar putea exista chiar și într-un lanț 1D. În 2019, o echipă de experți în haos sloveni, inclusiv Tomaž Prosen a reanalizat vechile date numerice și a evidențiat faptul că, pe măsură ce peisajul a devenit mai muntos, termalizarea a încetinit enorm. dar nu s-a oprit niciodată complet — un adevăr incomod pe care cercetătorii MBL l-au considerat a fi un artefact al simulărilor lor la scară mică. Anatoli Polkovnikov de la Universitatea din Boston și Dries Sels, acum de la Universitatea din New York și Institutul Flatiron, printre alți cercetători, au venit la concluzii similare. Argumentele lor au contestat direct alura centrală a MBL: promisiunea vieții eterne pentru un castel de nisip cuantic.

„La nivelul teoreticienilor care vorbesc despre MBL”, a spus Chandran, „există un regim sincer față de Dumnezeu în care [timpul de termalizare] nu este doar vârsta universului și nu îl putem vedea. Nu, este cu adevărat infinit.”

A urmat o dezbatere viguroasă, atât în ​​literatura academică, cât și în discuții private. Sels și Huse au petrecut ore întregi pe Zoom în perioada adâncă a pandemiei. Au vorbit unul peste altul uneori, dar fiecare îl creditează pe celălalt cu perspective productive. Dezavantajele controversei sunt extrem de tehnice și nici măcar cercetătorii implicați nu pot articula pe deplin toate perspectivele. Dar, în cele din urmă, diferențele lor se reduc la faptul că fiecare tabără face o ghicire diferită – extrem de educată – despre ce ai vedea dacă ai putea vedea un lanț de particule răsturnându-se pentru totdeauna.

Cele două părți încă nu sunt de acord cu privire la existența unei faze MBL autentice într-o singură dimensiune, dar un rezultat concret al ciocnirii este că i-a determinat pe cercetători să analizeze efectul pe care l-ar putea avea avalanșele asupra presupusului debut al MBL.

Grupurile sceptice „au avut câteva puncte foarte bune, dar le-au dus puțin prea departe”, a spus Huse. „Ne-a motivat cu adevărat.”

Huse, colaborând cu o echipă de veterani MBL, inclusiv Khemani, a creat o modalitate de a simula efectul unei avalanșe asupra lanțurilor scurte fără a declanșa unul. (Nimeni nu a văzut o avalanșă, nici măcar numeric, pentru că pentru a obține un punct plat suficient de mare, s-ar putea să aveți nevoie de un lanț lung de miliarde de particule, estimează Sels, iar cercetătorii studiază în mod obișnuit lanțuri de aproximativ 12.) Ulterior, Sels și-a dezvoltat propriul simulator de avalanșă. sus.

Cele două grupuri au venit la asemănător Concluziile în 2021: Tranziția MBL, dacă a existat, a necesitat un peisaj mult mai muntos decât credeau cercetătorii. Cu nivelul de robustețe care se credea anterior că ar aduce MBL, termalizarea ar încetini, dar nu s-ar opri. Pentru a oferi oamenilor de zăpadă cuantici o șansă de luptă împotriva avalanșelor, peisajul ar trebui să fie mai dezordonat decât bănuiseră Huse și compania. Grupul lui Huse a descoperit inițial că munții ar trebui să fie de cel puțin două ori mai accidentați. Munca lui Sels a dus acest număr de cel puțin șase ori mai accidentat, făcând munții mai mult ca Himalaya decât Munții Stâncoși. MBL poate apărea încă în acele setări extreme, dar teoria care a fost construită în jurul tranziției mai puțin accidentate a avut într-adevăr probleme.

„Am acceptat-o ​​într-un fel prea bine și nu ne-am uitat la subtilitățile”, a spus Huse.

În lucrările din 2021, cercetătorii au rescris și extins diagrama de fază MBL pentru lanțurile 1D. În zonele plate asemănătoare Kansasului, particulele se termalizează rapid. În Munții Stâncoși, cercetătorii au reclasificat „faza” MBL ca „regim pre-termic”. Acesta este regimul aparent stabil descoperit de BAA, simulările Princeton și experimentele atomice. Dar acum, cercetătorii au ajuns la concluzia că, dacă ar aștepta foarte mult timp - literalmente miliarde de ani pentru unele configurații - particulele separate de Munții Stâncoși s-ar amesteca și s-ar termoliza.

Dincolo de Munții Stâncoși se află Himalaya. Ce se întâmplă acolo rămâne o întrebare deschisă. Sels și Prosen sunt convinși că energia se va răspândi și că în cele din urmă va avea loc termalizarea, chiar dacă durează eoni. Huse și compania continuă să creadă că MBL-ul autentic se instalează.

Principalul dintre motivele lor de a crede în MBL este dovada din 2014. Dintre numeroșii piloni de dovezi care susțin existența adevăratului MBL, dovada lui Imbrie este ultima în picioare. Și după o carieră în dezvoltarea de instrumente matematice personalizate pentru acest tip de problemă, el este de acord.

„Nu este nemaivăzut în matematică să ai o eroare într-o demonstrație”, a spus el, „dar cred că știu ce fac.”

Dovada îi împarte pe fizicieni, însă, pentru că fizicienii nu o înțeleg. Nu din lipsă de încercare. Laumann l-a convins odată pe Imbrie să-i predea dovada lui și unor cercetători pe parcursul unei săptămâni în Italia, dar aceștia nu au putut urma pașii în detaliu. Totuși, acest lucru nu este complet surprinzător, deoarece fizicienii folosesc de obicei matematica într-un mod mai rapid și mai liber decât o fac matematicienii. Argumentul lui Imbrie nu depinde de niciun nivel specific de robustețe al peisajului, așa că recentele revizuiri ale diagramei de fază MBL nu o subminează în niciun caz. Pentru a determina dacă MBL există cu adevărat, cercetătorii vor trebui să se îndepărteze și fie să găsească o problemă în dovadă, fie să verifice fiecare linie.

Astfel de eforturi sunt în derulare. Sels și colaboratorii spun că finalizează un argument care îl va contrazice pe cel al lui Imbrie. Între timp, De Roeck și Huveneers, matematicienii care au descoperit amenințarea avalanșelor, au doi ani într-un efort de a rescrie demonstrația lui Imbrie într-o formă mai accesibilă. De Roeck spune că au pus toate piesele majore la locul lor și, până acum, logica pare solidă.

„MBL, cred că există”, a spus De Roeck. Dar „facem matematică aici, așa că orice mică problemă poate deraia totul.”

Dincolo de Îngerii Cuantici

În universul pe care îl locuim, care el însuși se va termoliza într-un număr de neînțeles de ani, permanența este întotdeauna o iluzie. Manhattan se scufundă sub propria greutate la 1.6 centimetri pe deceniu. Continentele se vor fuziona în aproximativ 250 de milioane de ani. Și cât este un mit că fundul vitraliilor medievale s-a îngroșat ușor de-a lungul secolelor, fizicienii cred că sticla curge pe o perioadă necunoscută, probabil de multe miliarde de ani sau mai mult.

Dacă MBL se dovedește instabil, un sistem localizat cu mai multe corpuri va fi cel puțin la fel de durabil ca oricare dintre aceste exemple. La fel vor fi acele fenomene cuantice care depind de stările MBL. Cristalele timpului, de exemplu, ar putea să-și piardă denumirile din manuale ca „faze ale materiei”, dar tot vor putea continua să bifeze mult, mult mai mult decât computerele cuantice care le simulează (sau oamenii care operează computerele, pentru asta conteaza). Mulți academicieni le pasă profund de posibilitatea matematică de a învinge termalizarea ca întrebare frumoasă, academică care este aceasta. Dar în zilele noastre, majoritatea nu își pierd prea mult somnul din cauza asta.

„Poate că au fost întotdeauna îngerii care dansau pe capul unui ac”, a spus Chandran.

În schimb, Chandran și alții s-au bucurat de șansa de a descoperi un nou fenomen care provoacă termalizarea, unul pe care fizicienii l-ar putea observa de fapt în sistemele mici.

În 2018, ea și colaboratorul ei Philip Crowley și-au propus să înțeleagă de ce lanțurile mici păreau să se termalizeze încet, deși erau mult prea mici pentru a apărea puncte plate. Cei doi au stabilit că grupurile de particule aveau uneori noroc și împrumutau energie de la un grup vecin în cantitatea exactă de care aveau nevoie pentru a trece la o nouă configurație. Ei au numit aceste coincidențe „rezonanțe” și au observat cum au tendința de a se răspândi de la un grup la altul, ducând la o termalizare prelungită în sisteme prea mici pentru avalanșe. În 2020, au arătat că rezonanțele pot explica nepotrivirea exponenților din 2015 și multe dintre trăsăturile de pește care au apărut în experimente numerice, perspective care au ajutat Huse și compania să actualizeze diagrama de fază pentru lanțurile scurte în 2021.

Astăzi, fizicienii cred că rezonanțe destabilizază lanțurile modeste cu tulburări la nivelul Munților Stâncoși, în timp ce avalanșele destabilizază lanțurile mai lungi la niveluri mai ridicate de dezordine.

Pe măsură ce Chandran și alții își îmbunătățesc simulările și experimentele și explorează lanțuri mai lungi și mai robuste, se întreabă ce altceva ar putea pândi în Himalaya și nu numai.

„Se pare că există și alte fizice care se desfășoară acolo”, a spus Huse. „Ar fi cel mai frumos pentru mine. Îmi place să găsesc lucruri noi.”

Nota editorului: câțiva cercetători care apar în acest articol au primit finanțare de la Fundația Simons, care finanțează și această revistă independentă din punct de vedere editorial. Deciziile de finanțare ale Fundației Simons nu au nicio influență asupra acoperirii noastre. Mai multe detalii disponibile aici.