Nemegyensúlyi kvantumrendszerek újszerű egzotikus viselkedésére bukkantak magyar kutatók

Az MTA-BME „Lendület” Statisztikus Térelméleti Kutatócsoport kutatóinak eredményeit a Nature Physics folyóirat közölte.

2016. november 22.

Az A Nature Physics folyóiratban megjelent cikk itt érhető el. utóbbi években atomok csapdázása és hűtése révén lehetővé vált zárt kvantumrendszerek viselkedésének közvetlen kísérleti vizsgálata. Ez teret nyitott a kvantumstatisztikus fizika alapvető feltevéseinek ellenőrzéséhez, az egyensúly kialakulásának tanulmányozásához.

Kormos Márton és Takács Gábor a trieszti SISSA kutatóival együttműködésben felfedezték, hogy a részecskefizikából ismert bezáró erőkhöz hasonló kölcsönhatások lényegesen megváltoztatják a kölcsönható spinrendszerek dinamikáját.

„Korábbi vizsgálatok szerint a rövid távú kölcsönhatással jellemezhető spinrendszerekben az időfejlődés során a spinek közti korreláció terjedési sebessége véges; az információ ezért a téridőben ábrázolva (a relativitáselméletből kölcsönzött szóhasználattal élve) fénykúp mentén terjed – magyarázta Takács Gábor, a kutatócsoport vezetője, a BME egyetemi tanára. – Mi azonban azt tapasztaltuk, hogy az ún. Ising-spinláncon a paraméterek egy széles tartományában ez a terjedés nem észlelhető: az információ lokalizált marad. Ezzel együtt a rendszer összefonódási entrópiája a megszokott lineáris növekedés helyett nagyon gyorsan telítődik, jóval a rendszerméretből adódó maximális érték alatt.”

A fellépő erőhatás gátat szab a doménfalak („kvarkok”) szabad terjedésének, és úgynevezett „mezonokba” zárja be őket Forrás: Takács Gábor

A meglepő jelenséget az magyarázza, hogy a rendszerben az információ terjedéséért a spinlánc ellentétes mágnesezettségű tartományait elválasztó, ún. doménfal gerjesztései felelősek. Ezek azonban a vizsgált tartományban „bezáródnak”, hasonlóan ahhoz, ahogy a protont és neutront alkotó kvarkokat is bezárja az erős kölcsönhatás. Amint az ábrán látható, a fellépő erőhatás gátat szab a doménfalak („kvarkok”) szabad terjedésének, és úgynevezett „mezonokba” zárja be őket. A mezonok két doménfal alkotta kötött állapotok, nevüket a természetben előforduló, kvark-antikvark kötött állapotaként létrejövő részecskékről kapták.

„Egy másik fontos eredményünk, hogy a mezonok tulajdonságait ki lehet olvasni a spinlánc mágnesezettségének időbeli változásából – mondta a kutató. – Az elméleti analízis azt mutatja, hogy ennek révén a spinlánc gerjesztéseinek jellemzői kísérletileg is sokkal hatékonyabban mérhetőek.”

Az elméletileg jósolt viselkedést várhatóan csapdázott hideg atomokkal végzett kísérletekben lehet majd megfigyelni. Ezen túlmenően érdekes kérdés az is, hogy az erős kölcsönhatás részecskefizikai elméletében, a kvantum-színdinamikában is kimutatható-e a kutatók által „dinamikai bezárásnak” nevezett jelenség.

A Nature Physics folyóiratban megjelent cikk itt érhető el.

További információ

Takács Gábor

MTA-BME „Lendület” Statisztikus Térelméleti Kutatócsoport

takacsg@eik.bme.hu