准粒子出现在经典环境中，令物理学家感到惊讶

研究人员首次在室温下观察到经典系统中的准粒子，挑战了准粒子只能存在于量子物质中的观点。 这一发现是在一个含有流动微粒的薄流体通道中进行的，表明量子物质物理学的基本概念可能适用于经典环境。

许多固体和液体中的粒子发现它们彼此非常接近，因此相互作用强烈。 这使得这种所谓的“多体”系统难以研究和理解。 1941 年，苏联物理学家列夫·朗道 (Lev Landau) 针对这种复杂情况提出了一个解决方案：与其考虑强相互作用粒子的复杂概念，不如考虑系统的激发态？

“如果这些激发是局部的并且很少相互碰撞，我们可以将它们视为弱相互作用的‘有效粒子’或准粒子，”解释说 茨维·托斯提 韩国基础科学研究所 (IBS) 的负责人，他领导了这项新研究。 “Landau 的概念突破在量子物质研究中非常有用，它提供了许多新兴现象的洞察力，例如超导和超流中的电子对，以及最近石墨烯中的电子流。”

碰撞太多

到目前为止，准粒子仅被视为量子力学对象。 在经典的凝聚态物质中，激发的碰撞率通常太高而不允许长寿命的类粒子激发。 “我们的发现是一项突破，因为与这种范式相反，我们在经典流体动力学系统中观察到了‘狄拉克准粒子’，”Tlusty 说 物理世界.

在新的工作中，Trusty 和同事一起 朴赫圭 和学生 Imran Saeed 研究了在非常薄的微流体通道中由水流驱动的微粒集合。 研究人员发现，粒子的运动扰乱了它们周围水流的流线。 颗粒因此在彼此上引起流体动力。

“反牛顿”粒子

“特别的是，两个粒子之间的力是‘反牛顿’的——也就是说，它们在大小和方向上都是相等的，这与牛顿定律相反，牛顿定律规定相互的力应该彼此相反，”Tlusty 解释道。 “这种对称性的直接后果是以相同速度一起流动的稳定对的出现。”

结果表明，这些对是经典的准粒子，或流体动力系统中的长寿命激发。 研究人员通过分析包含数千个粒子的周期性阵列的流体动力学二维晶体中的振动（或声子）证实了他们的假设。 他们发现声子表现出“狄拉克锥”，很像在石墨烯（一层只有一个原子厚的碳）中观察到的，其中出现成对的粒子。

狄拉克锥是二维材料电子能带结构中的量子特征，其中导带和价带在费米能级的一个点相遇。 能带以线性方式接近这一点，这意味着传导电子（和空穴）的有效动能与其动量成正比。 这种不寻常的关系通常只出现在无质量的光子中，因为电子和其他物质粒子在非相对论速度下的能量通常取决于它们动量的平方。 结果是狄拉克锥中的电子表现得好像它们是没有静止质量的相对论粒子，以极高的速度穿过材料。

强相关平带

IBS 团队还观察到“平带”——另一种量子现象，其中电子能谱包含相关性极强的超慢声子。 最近在相对于彼此以特定角度扭曲的双层石墨烯中发现了平带。 这些能带是电子态，其中电子的能量和速度之间没有关系，它们对物理学家来说特别有趣，因为电子在其中变得“无色散”——也就是说，它们的动能被抑制了。 当电子减速几乎停止时，它们的有效质量接近无穷大，导致奇异的拓扑现象以及与高温超导性、磁性和固体的其他量子特性相关的强相关物质状态。

Tlusty 说：“我们的结果表明，迄今为止被认为仅限于量子系统的新兴集体现象——如准粒子和强相关平带——可能会在经典环境中观察到，例如化学系统甚至生命物质。” “也许这些现象比我们之前意识到的要普遍得多。”

半光半物质准粒子出现在范德华磁铁中

他补充说，这种现象也可能有助于解释经典系统中的各种复杂过程。 “在这项工作中，详细 自然物理学，我们将我们研究的流体动力学晶体中的非平衡熔化转变解释为“准粒子雪崩”的结果。 当通过晶体传播的准粒子对通过连锁反应刺激其他对的产生时，就会发生这些情况。

“准粒子对的传播速度快于声子的速度，因此每一对都会留下大量新形成的对——就像超音速喷气式飞机后面产生的马赫锥一样。 最后，所有这些对相互碰撞，最终导致晶体熔化。”

研究人员表示，在其他经典系统中应该有更多类似量子现象的例子。 “我觉得我们的发现只是冰山一角，”Tlusty 说。 “揭示这种现象可能对促进对涌现模式和相变的理解非常有用。”

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/quasiparticles-appear-in-a-classical-setting-surprising-physicists/