Лого Сделано у нас
58

Российский физик предсказал новое состояние материи

Исследователь с кафедры электродинамики сложных систем и нанофотоники МФТИ (Факультет проблем физики и энергетики), старший научный сотрудник Института теоретической и прикладной электродинамики РАН Александр Рожков представил теоретические расчеты, из которых следует возможность существования фермионной материи в ранее неизвестном состоянии — в виде одномерной жидкости, которую нельзя описать в рамках существующих моделей. Подробности содержатся в статье ученого, которая опубликована журналом Physical Review Letters, а также доступна в виде препринта в архиве arxiv.org.

Реализовать новое состояние материи, возможно, удастся с помощью удерживаемых в магнитном поле охлажденных атомов. На иллюстрации показана подобная ловушка (рисунок: NASA/JPL-Caltech)

Пресс-службе МФТИ Александр Рожков пояснил, что одномерная жидкость — это не обязательно то состояние вещества, которое можно наблюдать невооруженным глазом в макроскопическом масштабе. Термин «жидкость» следует понимать расширительно: он относится к моделям, описывающим многочастичные системы с межчастичным взаимодействием. Такие модели могут описывать как вполне обыденные объекты, вроде электронов в проводниках, так и необычные объекты, вроде нанотрубок, листов графена или нанопроволок.

«Сейчас есть две модели фермионной материи, так сказать, общего положения: ферми-жидкость (работает в трех- и двумерном пространстве) и жидкость Томонаги-Латтинжера (работает в одномерном). Я показал, что в одномерии можно, подстраивая взаимодействие, получить еще одно состояние одномерной материи, которая похожа на обе эти модели, но не сводится ни к той, ни к другой. Обнаруженную систему я предложил называть квази-ферми жидкостью. Поскольку требуется аккуратная подстройка взаимодействия, моя квази-ферми жидкость не есть система общего положения. Возможно поэтому она была обнаружена лишь спустя полвека после описания жидкостей Ферми и Томонаги-Латтинжера».

Как следует из предложенного названия системы, описываемая материя состоит из фермионов. Фермионами называют частицы с полуцелым спином: спин, квантовая характеристика частицы, равен не целому числу, а полуцелому («полуцелым» называется сумма целого числа и 1/2). Согласно законам квантовой механики, поведение вещества из фермионов отличается от поведения вещества, составленного бозонами, частицами с целым спином.

Разницу между ферми- и бозе-жидкостями можно показать на примере жидкого гелия: атом изотопа гелий-4 имеет бозоннае ядро, поэтому образует бозе-жидкость, которая испытывает бозе-конденсацию при температурах ниже 2,17 кельвин. Сконденсированная бозе-жидкость демонстрирует сверхтекучесть: например, обладает способностью протекать через любые щели, не встречая сопротивления. А гелий-3 имеет фермионное ядро, поэтому образует ферми-жидкость. Для перевода гелия-3 в сверхтекучее состояние необходимо охладить его до 0,0025 кельвина (т. е., температура перехода на три порядка ниже). И микроскопический механизм сверхтекучести у гелия-3 не такой, как у гелия-4.

Исследователь пояснил, что в условиях низких температур и в сильном магнитном поле фермионы начинают вести себя так, как если бы у них не было спина. Это позволяет упростить их моделирование, сохраняя достаточную точность.

«При достаточно низкой температуре, все фермионы выстроят свои спины по полю. Тогда можно будет считать, что фермионы теряют спин, поскольку переворот спина требует слишком большой энергии. Конечно, в реальных веществах — это очень серьезное ограничение на температуру и силу магнитного поля. Однако подобное приближение достаточно распространено в качестве модели для первой попытки. Оно облегчает теоретический формализм, при этом не выбрасывает с водой и ребенка».

Предварительные оценки показывают, что новое состояние одномерной жидкости может быть получено с использованием охлажденных до очень низких температур атомов в магнитных ловушках. О практическом применении такой системы говорить, по словам Александра Рожкова, пока не приходится: «Обычно в почти любой современной работе, как теоретической, так и экспериментальной, обещают приложения. Но на данном этапе я бы не слишком напирал на прикладные аспекты как моей, так и родственных работ. Я обнаружил экзотического мутанта, не похожего ни на что уже известное. А будет ли с этого прикладной навар, другой вопрос. В данный момент я думаю, что не будет», — рассказал автор открытия пресс-службе МФТИ.

Кроме того, ученый сообщил, что группа, в которой он работает, активно занимается исследованием и других низкоразмерных многочастичных систем. Например, недавно были получены новые результаты о возможном антиферромагнетизме в двуслойном АА-графене, а также разработано новое описание для квантовых точек из сверхпроводящего материала.

«На нашей кафедре под руководством доктора физико-математических наук Александра Львовича Рахманова активно работает группа теории конденсированного состояния. Мы ведем научную работу, регулярно публикуемся в хороших зарубежных журналах и воспитываем молодежь. В этом году два наших студента, Павел Максимов и Рамиль Акзянов, защищают дипломы. У обоих имеется по статье в Physical Review B, не за горами у них и следующие публикации. Мы планируем привлечь еще одного-двух студентов на место уходящих. Студенты/студентки МФТИ, закончившие третий или четвертый курсы, заинтересованные в теоретическом дипломе и, при обоюдном желании, аспирантуре, могут связаться со мной по электронной почте, адрес arozhkov-собака-gmail-точка-com», — добавил Александр Рожков.

Пресс-служба МФТИ благодарит автора исследования за помощь в подготовке материала.

Источник: http://mipt.ru/news/1Dliquid
  • 6
    iva153 iva153
    13.06.1415:35:20
    в виде одномерной жидкости, которую нельзя описать в рамках существующих моделей

    Я столько не выпью! Но, за научную "наглость", несомненно, плюс.   

  • 5
    Tezen44 Tezen44
    13.06.1416:56:05
    Анекдот:

    - Ты что учишь?

    - Квантовую физику

    - А почему книга вверх ногами?!

    - (с досадой) А какая к чёрту разница...

  • 0
    Нет аватара Togeron
    13.06.1417:03:31
    Очень сложно для понимания. Современная фундаментальная наука - это жесть.
  • 2
    Нет аватара Islander
    13.06.1418:09:27
    Жидкий гелий просачивается сквозь твёрдые предметы, а ещё может самопроизвольно забить фонтанчиком     И свет там тормозится до нескольких метров в секунду... Люблю квантовые жидкости - они глюковые и прикольные    
    Отредактировано: Islander~18:09 13.06.14
  • -7
    Нет аватара edanilov
    13.06.1419:37:27
    интересно, сам автор открытия признает, что нет прикладного значения в его исследовании т.е. все это ради цитирования в журналах и т.п. так сказать "ради понта"
    • 8
      Нет аватара mmx
      13.06.1419:49:00
      Нет прикладного значения в данный момент. Вроде одно слово, а как меняет смысл. Нарочно не заметил его?
      • -9
        Нет аватара sstarless2d
        14.06.1410:38:11
        в том то и проблема что наша наука не ориентирована на получение прикладных результатов . всё "в дудку" занимаются.
        • 4
          Corvus_Corax Corvus_Corax
          14.06.1412:41:52
          Вы, батенька, кретин, каких еще поискать надо. Сто лет назад и занятия радиоактивностью и строением атома "не имели практического значения", были только "ради понта". А уже пятьдесят лет назад в результате многолетних исследований "в дудку" появилось ядерное оружие и ядерная энергетика. Хорошо, что нашей наукой управляют нормальные люди, а не такие, как вы.
        • 0
          Нет аватара Batut
          14.06.1417:22:17
          Это точно. Томонага, Латинжер и Ферми - типичные русаки.
    • 9
      Нет аватара KapitanBlad
      13.06.1420:17:48
      Когда австрийский ботаник (!) открыл в 1888 году жидкие кристаллы, то тоже не увидел никакой пользы от своего открытия.
  • -3
    Kolyda Kolyda
    14.06.1404:01:18
    Открытие сделано, теперь осталось на его основе новое оружие замутить - к примеру транспортировать через околоземное пространство и распылять эту жидкость над территорией вероятного противника. Пущай противник противожидкостное оружие (ПЖО) придумывает, а мы похихикаем в сторонке...
    • 0
      Нет аватара sstarless2d
      14.06.1410:36:31
      ты чё куришь ?
      • -2
        Kolyda Kolyda
        14.06.1411:32:05
        ты чё куришь ?

        В 82 году курить бросил, четверть века прокурил...

        Смех смехом, но многие научные открытия, произошедшие при моей жизни, вылились в оружие. Ядерные исследования дали атомную бомбу, исследования в квантовых излучениях - боевой лазер ну и т.д. Чем же это открытие лучше или хуже? Через какой-то период времени кто-то воскликнет: "ЭВРИКА" и на наши или чужие головы польется сия одномерная жидкость. Или вы в этом сомневаетесь? Приведите доводы вместо глупых вопросов.

        Чем можно опровергнуть ход истории? Наверное только ее полным прекращением для нашей популяции...

  • -1
    Мирра Дейч Мирра Дейч
    14.06.1413:20:54
    Вроде это еще Эйнштейн предсказал, а американцы уже пару лет назад получили из Водорода это вещество.
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,