Peneliti menemukan sistem kuantum hibrida

Para peneliti di JQI telah menemukan sistem kuantum yang merupakan hibrida antara keteraturan dan kekacauan.

Biasanya kata “chaos” kurang disiplin: hari yang sibuk, kamar remaja, musim pajak. Dan pemahaman fisik tentang kekacauan tidak terlalu jauh. Ini adalah sesuatu yang sangat sulit diprediksi seperti cuaca. Kekacauan itu membuat titik kecil (sayap kupu-kupu bergetar) berubah menjadi lebih besar (setengah topan di seluruh dunia), yang menjelaskan mengapa prakiraan cuaca untuk lebih dari beberapa hari di masa depan tidak dapat diandalkan. Molekul udara individu, yang terus tumbuh di sekitarnya, juga kacau di mana hampir tidak mungkin untuk menyematkan molekul tunggal yang bisa ada pada saat tertentu.

Sekarang, Anda mungkin bertanya-tanya mengapa ada orang yang peduli dengan lokasi pasti dari sebuah molekul udara. Tetapi Anda mungkin dapat menjaga properti dari seluruh aset dibagi dengan molekul seperti suhunya. Mungkin secara tak terduga, sifat kacau molekul yang memungkinkan mereka mengisi sebuah rumah dan mencapai suhu tunggal. Kekacauan individu akhirnya melahirkan tatanan gabungan.

Mampu menggunakan satu angka (suhu) untuk mendeskripsikan sekelompok partikel yang berkeliaran dengan cara yang gila dan tak terduga sangatlah mudah, tetapi itu tidak selalu terjadi. Dengan demikian, tim fisikawan teoritis di JQI siap untuk memahami kapan deskripsi ini akan diterapkan.

“Tujuan ambisius di sini adalah untuk memahami bagaimana kekacauan dan kecenderungan universal sebagian besar sistem fisiologis untuk mencapai kesetimbangan termal berawal dari hukum dasar fisika di Universitas Maryland (UMD),” kata Victor Galitsky. UMD) juga kata guru besar fisika).

Sebagai langkah pertama menuju tujuan ambisius ini, Galitsky dan dua rekannya memulai perjalanan untuk memahami apa yang terjadi ketika mereka menyadari apa yang terjadi, yang masing-masing menjadi kacau, bersama-sama. Misalnya, kecepatan satu kail dalam pertandingan hoki udara, yang terus-menerus menghantam dinding, kacau. Tapi apa yang terjadi jika lot ini dibiarkan di atas meja? Dan selain itu, bagaimana jika Pukes mematuhi hukum fisika kuantum?

Dalam makalah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan di jurnal Surat ulasan fisik, Tim mempelajari masalah hoki udara di Quantum State. Mereka menemukan bahwa versi kuantum masalah (di mana Paks sebenarnya adalah partikel kuantum seperti atom atau elektron) menurut metode sederhana untuk mengukur kekacauan, bukanlah sebuah keteraturan atau kekacauan, keduanya bukan apa-apa. Itu cukup umum untuk menggambarkan banyak pengaturan fisik, termasuk elektron yang berputar dalam logam yang kacau.

“Kami selalu berpikir itu adalah masalah yang diselesaikan di beberapa buku teks beberapa hari yang lalu,” kata Unixiang Liao, rekan postdoctoral di GUI dan penulis pertama makalah tersebut. “Terbukti bahwa ini adalah masalah yang lebih sulit dari yang kami bayangkan, tetapi hasilnya lebih menarik dari yang kami bayangkan.”

Salah satu alasan masalah ini bertahan begitu lama adalah begitu mekanika kuantum memasuki gambaran, definisi biasa dari chaos tidak berlaku. Secara klasik, kondisi efek kupu-kupu sering digunakan sebagai definisi karena perubahan kecil pada kondisi awal menyebabkan perubahan drastis di bawah garis. Namun, dalam mekanika kuantum, konsep posisi awal atau akhir tidak dipahami sama sekali. Prinsip ketidakpastian menyatakan bahwa posisi dan gerakan partikel kuantum tidak dapat diketahui secara tepat pada saat bersamaan. Dengan demikian, lintasan partikel tidak ditentukan dengan baik, sehingga tidak mungkin untuk melacak bagaimana ia mengarah ke hasil yang berbeda dalam keadaan awal yang berbeda.

Salah satu strategi untuk mempelajari kekacauan kuantum adalah dengan mengambil sesuatu yang secara klasik kacau, seperti melempar bebek di sekitar meja hoki udara, dan secara mekanis menangani kuantum. Tentu saja, kekacauan klasik harus diterjemahkan. Dan memang, itu benar. Segalanya menjadi kurang jelas saat Anda memasuki beberapa tikungan kuantum.

Secara klasik, jika Paks bisa berguncang satu sama lain, bertukar bahan bakar, mereka akhirnya akan mencapai satu suhu, mengungkapkan urutan gabungan dari kekacauan yang mendasarinya. Tetapi jika kerutan tidak melompat satu sama lain dan malah menembus satu sama lain seperti hantu, energi mereka tidak akan pernah berubah: panas akan tetap panas, dingin akan tetap dingin dan mereka tidak akan pernah mencapai suhu yang sama. Karena Paks tidak berinteraksi, tatanan gabungan tidak dapat muncul dari kekacauan.

Tim membawa permainan tersebut ke permainan hoki udara hantu dalam keadaan perilaku mekanika kuantum mengharapkan perilaku yang sama dari kekacauan partikel kuantum satu-ke-satu, tetapi ketika ada banyak, tidak ada urutan yang koheren. Untuk memeriksa alur ini, mereka memilih salah satu eksperimen tertua dan paling banyak digunakan (meskipun tidak intuitif) dalam kekacauan kuantum.

Partikel kuantum tidak dapat memiliki energi apa pun, lapisan yang tersedia ‘terkuantisasi’, yang pada dasarnya berarti mereka terbatas pada nilai-nilai tertentu. Kembali pada tahun 1930-an, fisikawan menemukan bahwa jika partikel kuantum berperilaku dengan cara yang dapat diprediksi, tingkat energinya benar-benar tidak bergantung satu sama lain. Nilai yang mungkin tidak dirata-ratakan atau disebarkan. , Sebarkan dengan cara berbeda. Tolakan tingkat energi ini sekarang sering digunakan sebagai definisi kekacauan kuantum.

Karena bola hoki mereka belum berinteraksi, Liao dan rekan-rekannya tidak diharapkan untuk menyetujui suhu apa pun, yang berarti mereka tidak akan melihat indikasi apa pun dari kekacauan bola tunggal yang mendasarinya. Mereka mengatakan bahwa tingkat energi sama sekali tidak akan peduli satu sama lain.

Mereka tidak hanya menemukan bukti teoritis dari beberapa tolakan lapisan, sebuah fitur dari kuantum yang signifikan, tetapi mereka juga menemukan bahwa beberapa lapisan cenderung bersatu alih-alih bersatu, sebuah fenomena indah yang tidak dapat mereka jelaskan dengan cukup. Masalah terselubung yang sederhana ini bukanlah keteraturan atau kekacauan, tetapi kombinasi rasa ingin tahu antara keduanya yang belum pernah terlihat sebelumnya.

Tim berhasil mengungkap hibrida ini menggunakan metode matematika inovatif. “Dalam studi numerik sebelumnya, peneliti hanya mampu memasukkan 20 atau 30 partikel,” kata Liao. “Tetapi dengan menggunakan metode matematika dari teori matriks acak, kami dapat memasukkan 500 atau lebih. Dan metode ini juga dapat digunakan untuk menghitung perilaku analitis untuk sistem kami yang sangat besar.

Dilengkapi dengan kerangka matematika ini, dan dengan minat yang besar, para peneliti sekarang meningkatkan perhitungan mereka, secara bertahap memungkinkan pucks hoki menjadi lebih atau kurang tertarik. “Hasil awal kami menunjukkan bahwa retraksi termal dapat terjadi melalui kerusakan spontan – masa lalu menjadi berbeda secara matematis dari masa depan,” kata Galitsky. “Kami melihat bahwa gangguan kecil meningkat secara instan dan menghancurkan semua tanda tangan lainnya dalam pesanan. Tapi ini cerita lain. “

Referensi: “Statistik Multi-Level Kekacauan Kuantum Partikel Tunggal” oleh Yunxiang Liao, Amit Vikram dan Victor Galitsky, 18 Desember 2020, Surat ulasan fisik.
DOI: 10.1103 / Fitzgerald 125.250601

Selain Liao dan Galitsky, Amit Vikram, mahasiswa pascasarjana GQI Fisika UMD, menjadi penulis makalah.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.