费米子准粒子首次缓慢“消失” – 物理世界

研究人员首次直接观察到费米子准粒子缓慢“消失”。 这种消失行为发生在所谓的重费米子化合物的量子相变附近。 除了增进我们对费米子准粒子稳定性的理解之外，这种转变还可以在量子信息技术中得到应用。

当水冷却到 0 °C 以下时突然转变为冰时，就会发生最著名的相变。 冰的特性与液态水有很大不同——一方面，冰的密度要低得多，而且其结构会发生巨大变化。 然而，在某些相变中，变化发生得更加缓慢。 例如，当加热到 760 °C 时，铁会从铁磁性转变为顺磁性，但随着转变的进行，系统需要越来越长的时间才能达到平衡，从而减慢转变并使其更加连续。 这意味着两个相（铁磁相和顺磁相）的能量变得更接近。

这种现象对于涉及玻色子激发的相变来说是典型的，玻色子是介导相互作用（包括负责磁性的相互作用）的粒子。 然而，从根本上讲，物质不是由玻色子组成，而是由费米子组成。

“电子属于费米子家族，”研究小组成员指出 肖文·帕尔，“由于自然的基本法则，由这些粒子组成的物质通常不会被破坏。 因此，费米子不会消失，因此它们通常不会参与相变。”

两种电子态的叠加

帕尔和同事利用太赫兹时域光谱测量 曼弗雷德·菲比格的小组在 ETH苏黎世，瑞士 在 YbRh 的量子相变附近观察到这种临界减慢₂Si₂。 这种材料中的准粒子由两种电子态的叠加组成：一种由局域电子组成，如绝缘体中的电子，另一种由移动电子组成，如金属中的电子。 这种叠加态的一个显着特征是电子在一定程度上受到空间束缚，这使得它们的有效质量为 10³ 到10⁴ 大于正常电子的剩余质量。 支持这种类型结合的化合物因此被称为重费米子化合物。

与“正常”电子的另一个对比是，这些仅存在于量子态中的准粒子可以在相变期间被破坏。 帕尔说，这是使它们能够经历与玻色子类似的连续转变的关键因素。

临界指数

在他们的研究中，研究人员提取了一个称为临界指数的参数，该参数与相变时形成这些奇异状态的概率的崩溃有关。 “临界指数可用于对相变进行分类，这个概念现在可以扩展到对相变进行分类，不仅与玻色子有序参数的分解相关，例如铁磁相变中的磁化强度，而且还可以对与费米子破坏有关的奇异相变进行分类。粒子，”帕尔解释道，他现在在 尼瑟 在印度。

计算表明，马约拉纳玻色子可能存在于耗散系统中

研究人员使用太赫兹辐射，因为它的能量尺度与重费米子的固有能量尺度相当。 “在太赫兹激发下，准粒子分解并消失，使系统进入非平衡状态，”帕尔解释道。 “它自然地努力通过准粒子的重新出现恢复平衡，并且这种重建过程发生在与重费米子系统的固有能量尺度相对应的一定时间延迟之后。”

通过测量这种延迟响应，研究小组能够观察并表征准粒子的演化，即消失和重新出现。

该研究详述于 自然物理学，强调了一种研究某些奇异量子材料（如重费米子化合物）中多体相关性的新方法。 “因此，这是对不同材料进行许多进一步研究的起点，揭示了量子世界中相变的物理原理，”帕尔告诉我们 物理世界.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/fermionic-quasiparticles-caught-slowly-disappearing-for-the-first-time/