Fermiyonik yarı parçacıklar ilk kez yavaş yavaş 'yok olurken' yakalandı - Fizik Dünyası

Fermiyonik yarı parçacıklar ilk kez yavaş yavaş 'yok olurken' yakalandı - Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 11 Eylül 2023 5:00

Ultra kısa bir ışık darbesiyle parçalanan bir yarı parçacık
Burada ultra kısa bir ışık darbesiyle parçalanan, lokalize ve hareketli elektronlardan oluşan bir yarı parçacık. Nezaket: Bonn Üniversitesi

Araştırmacılar ilk kez fermiyonik quasipartiküllerin yavaşça “kaybolduğunu” doğrudan gözlemlediler. Bu yok olma eylemi, ağır fermiyon bileşiği olarak adlandırılan bir kuantum faz geçişinin yakınında gerçekleşti. Fermiyonik yarı parçacıkların stabilitesine ilişkin anlayışımızı geliştirmenin yanı sıra, bu tür geçişlerin kuantum bilgi teknolojisinde uygulamaları olabilir.

En iyi bilinen faz geçişi, suyun 0 °C'nin altına soğurken aniden buza dönüşmesiyle meydana gelir. Buzun özellikleri sıvı suyunkinden çok farklıdır; buzun yoğunluğu çok daha düşüktür ve yapısı önemli ölçüde değişir. Ancak bazı faz geçişlerinde değişim daha yavaş gerçekleşir. Örneğin demir, 760 °C'ye ısıtıldığında ferromanyetik durumdan paramanyetik duruma geçer, ancak geçiş ilerledikçe sistemin dengeye gelmesi daha uzun sürer, dolayısıyla geçiş yavaşlar ve daha sürekli hale gelir. Bu, iki fazın (ferromanyetik ve paramanyetik) enerji açısından birbirine yakınlaştığı anlamına gelir.

Bu fenomen, etkileşimlere aracılık eden parçacıklar olan bozonların uyarılmasını içeren faz geçişleri için tipiktir (manyetizmden sorumlu etkileşimler dahil). Ancak temel düzeyde madde bozonlardan değil, fermiyonlardan oluşur.

Çalışma ekibi üyesi "Elektronlar fermiyon ailesine aittir" diyor Shovon Dostum"ve bu parçacıklardan oluşan madde, doğanın temel yasaları nedeniyle genellikle yok edilemez. Fermiyonlar bu nedenle ortadan kaybolamazlar ve bu nedenle normalde hiçbir zaman faz geçişlerine dahil olmazlar."

İki tür elektron durumunun süperpozisyonu

Terahertz zaman alanı spektroskopisi ölçümlerini kullanan Pal ve meslektaşları, Manfred Fiebigadlı kullanıcının grubu ETH Zürih, İsviçre YbRh'de bu kritik yavaşlamayı kuantum faz geçişine yakın gözlemledi2Si2. Bu malzemedeki yarı parçacıklar iki tür elektron durumunun üst üste binmesinden oluşur: biri yalıtkanda bulunanlar gibi lokalize elektronlardan oluşur, diğeri ise metaldeki gibi hareketli elektronlardan oluşur. Bu süperpozisyonun çarpıcı bir özelliği, elektronların belirli bir dereceye kadar uzaysal olarak bağlı olmalarıdır, bu da onlara etkin bir kütle kazandırır.3 10 için4 normal bir elektronun geri kalan kütlesinden daha büyüktür. Bu tip bağlanmayı destekleyen bileşikler bu nedenle ağır fermiyon bileşikleri olarak bilinir.

"Normal" elektronların tersine, yalnızca kuantum rejiminde var olan bu yarı parçacıklar, bir faz geçişi sırasında yok edilebilir. Pal, bozonların dahil olduğu geçişlerle karşılaştırılabilecek sürekli bir geçişe girmelerini sağlayan temel faktörün bu olduğunu söylüyor.

Kritik üs

Araştırmacılar, çalışmalarında, faz geçişinde bu egzotik durumların oluşma olasılığındaki çöküşle ilgili, kritik üs olarak bilinen bir parametreyi çıkardılar. "Faz geçişlerini sınıflandırmak için kritik üsler kullanılabilir ve bu kavram artık yalnızca ferromanyetik bir geçişteki mıknatıslanma gibi bozonik düzen parametrelerinin bozulmasıyla ilişkili geçişleri değil, aynı zamanda fermiyoniğin yok edilmesiyle egzotik faz geçişlerini de sınıflandırmak için genişletilebilir. parçacıklar," diye açıklıyor Pal, şu anda NİSER Hindistan'da.

Araştırmacılar terahertz radyasyonunu kullandılar çünkü enerji ölçekleri ağır fermiyonların içsel enerji ölçekleriyle aynıydı. Pal, "THz uyarımı üzerine, yarı parçacıklar parçalanıp yok oluyor ve sistemi dengesiz bir duruma getiriyor" diye açıklıyor. "Doğal olarak kuasipartiküllerin yeniden ortaya çıkması yoluyla dengeye dönmeye çalışır ve bu yeniden yapılanma süreci, ağır fermiyon sistemlerinin içsel enerji ölçeklerine karşılık gelen belirli bir zaman gecikmesinden sonra gerçekleşir."

Ekip, bu gecikmiş tepkiyi ölçerek, yarı parçacıkların evrimini, yani ortadan kaybolmasını ve yeniden ortaya çıkmasını gözlemleyip karakterize edebildi.

ayrıntılı olarak açıklanan çalışma, Doğa Fiziği, ağır fermiyon bileşikleri gibi bazı egzotik kuantum malzemelerdeki çok cisimli korelasyonları araştırmanın yeni bir yolunu vurguluyor. Pal, "Dolayısıyla bu, kuantum dünyasındaki faz geçişlerinin fiziğini ortaya çıkaran farklı materyaller üzerinde yapılacak daha birçok araştırma için bir başlangıç ​​noktasıdır" diyor. Fizik dünyası.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası