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研究:量子系统中存在“永生粒子”

时间:2019-06-25    来源:未知    

人类、行星、恒星、星系,乃至整个宇宙都有“到寿”的一天,但是一组科学家发现量子系统中的准粒子似乎是“永生”的。

 
准粒子是固态系统中的各种虚拟粒子,在电场或磁场的激发下其行为就像粒子一样。比如声子(phonon),极化子(polaron)都是准粒子。

研究:量子系统中存在“永生粒子”

慕尼黑工业大学(Technical University of Munich,TUM)的研究人员开发了一些方法计算这些准粒子之间复杂的相互作用,在一台高能计算机上模拟它们的衰变。

TUM物理学家Ruben Verresen说:“周密的模拟结果显示:这些准粒子也会衰变;但是,完全一样的粒子又会从废墟中诞生。如果衰变发生得很快,逆向反应(诞生新粒子的过程)马上就会出现。这个过程可以无尽反复,呈现一种衰变和再生之间持续的振荡。”

物理学家们说,这种现象并不违反热力学定律,因为这种振荡转变为物质,符合波粒二象性。

在此过程中,热力学的能量退化指标——熵没有减少,只是保持常量。虽然这也挺奇怪的,但并没有打破目前认知的物理规则。

研究人员表示,这项发现解释了两个难题。

实验中用到的复合物Ba3CoSb2O9非常稳定,令科学家非常惊讶。基于这份研究的发现可以推测,它的稳定性可能来源于里面的磁性准粒子磁子(magnon)。模拟系统中看到,磁子在衰变后又会“重生”。

氦在绝对零度时成为无阻抗液体的现象似乎也迎刃而解,可能就是由于其中含有大量准粒子旋子(roton)的缘故。

目前这份研究还处于理论阶段。研究人员认为,准粒子的“永生性”很可能有助于量子计算机实现“永久性储存数据”特性。

这份研究近期发表在《自然.物理》(Nature Physics)期刊上。◇

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