Tudósok bizonyítékot találtak arra, hogy a kvantumrészecskék egy furcsa csoportja lényegében halhatatlan

Semmi sem tart örökké. Az emberek, a bolygók, a csillagok, a galaxisok, talán még a világegyetem sem, mindennek van lejárati ideje. De a ...

Semmi sem tart örökké. Az emberek, a bolygók, a csillagok, a galaxisok, talán még a világegyetem sem, mindennek van lejárati ideje. De a kvantum birodalomban a dolgok nem mindig követik a szabályokat. A tudósok azt találták, hogy a kvázirészecskék a kvantumrendszerekben lényegében halhatatlanok lehetnek.

Ez nem azt jelenti, hogy nem bomlanak le, ami megnyugtató. De amint ezek a kvázirészecskék lebomlanak, képesek újjáépíteni magukat és visszatérni a létezésbe, esetleg a végtelenségig.

Ez látszólag egyenesen szemben áll a termodinamika második törvényével, amely azt állítja, hogy az izolált rendszerben az entrópia csak egyre növekvő irányban mozoghat: a dolgok csak lebomolhatnak, nem épülhetnek fel újra.

A kvantumfizika természetesen furcsa lehet a szabályaival, de még a kvantumtudósok sem tudták, hogy a kvázirészecskék ennyire sajátos módon bizarrak.

"Eddig a feltételezés az volt, hogy az egymással kölcsönhatásba lépő kvázirészecskék egy bizonyos idő eltelte után lebomlanak," - mondta Frank Pollman, a Müncheni Műszaki Egyetem fizikusa 2019. júniusában.

"Most már tudjuk, hogy a helyzet pont az ellenkezője: az erős interakciók akár teljesen meg is szakíthatják a lebomlást."

A kvázirészecskék nem olyan részecskék, ahogyan általában gondoljuk, mint az elektronok és a kvarkok. Inkább a szilárd anyag zavarai vagy gerjesztései, melyeket az elektromos vagy mágneses erők okoznak, amelyek együttesen részecskeként viselkednek.

Például a fononokat - a rezgési energia olyan egységeit, amelyek oszcillálják az atomokat egy kristályrácsban - gyakran kvázirészecskeként osztályozzák, csakúgy, mint a polaronokat, elektronokat, amelyek a polarizációs felhő által körülvett rácsba vannak ragadva.

A közelmúltbeli tanulmányban résztvevő kutatók numerikus módszereket fejlesztettek ki ezen kvázirészecskék komplex kölcsönhatásainak kiszámításához, és szimulációkat hajtottak végre egy nagy teljesítményű számítógépen, hogy megfigyeljék, hogyan bomlanak le.

"A kifinomult szimuláció eredménye az, hogy természetesen a kvázirészecskék lebomlanak, bár új, azonos részecskeelemek jelennek meg a törmelékből," - mondta Ruben Verresen, a Müncheni Műszaki Egyetem és a Max Planck Komplex Rendszerek Fizikai Intézetének fizikusa. (1)

"Ha ez a bomlás nagyon gyorsan megy végbe, egy bizonyos idő elteltével fordított reakció lép fel, és a törmelék újra konvergál. Ez a folyamat végtelenül megismétlődik, és tartós oszcilláció alakul ki a bomlás és az újjászületés között."

És a fizikusok arra is rámutattak, hogy ez nem sérti a termodinamika második törvényét. Ennek oka az, hogy az oszcilláció egy anyaggá alakuló hullám, amelyre a hullám-részecske kettősségének kvantummechanikai fogalma vonatkozik.

Entrópiájuk nem csökken, hanem állandó marad. Ez még mindig elég furcsa, de nem a fizikát meghazudtoló furcsaság.

Valójában a megállapítás megoldott még néhány korábi rejtélyt is. Például van egy kísérletekben használt Ba3CoSb2O9 jelű mágneses vegyület, amelyet korábban váratlanul stabilnak találtak. Úgy tűnik, hogy a kulcsot a benne lévő mágneses kvázirészecskék, az úgynevezett magnonok jelentik. A szimuláció szerint a bomlás után újrarendezik magukat.

További lehetséges példa a hélium, amely abszolút nulla hőmérsékleten rezisztenciamentes folyadékká válik, és ez a sajátos tulajdonság azzal magyarázható, hogy ez a gáz tele van kvázirészecskékkel, amelyeket rotonoknak hívnak.

Jelenleg a munka elméleti szakaszban van, de a kutatók úgy vélik, hogy a kvázirészecskék halhatatlansága jelentős potenciállal ruházza fel a tartós adattárolást a kvantumszámítási rendszerekben. (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/s41567-019-0535-3
(2) - https://www.tum.de/nc/en/about-tum/news/press-rel