Физики наблюдали фазовый переход, считавшийся невозможным

Открытие было сделано командой ученых из Университета Райса. Они наблюдали квантовую фазу в кристалле эрбия, железа и кислорода, охлажденного до -272 градусов по Цельсию и подвергнутого магнитному полю напряженностью до 7 тесла (более чем в 100 000 раз сильнее магнитного поля Земли).

«Изначально предполагалось, что сверхизлучательный фазовый переход (SRPT) возникает из-за взаимодействия между квантовыми вакуумными флуктуациями — квантовыми световыми полями, естественным образом существующими даже в совершенно пустом пространстве — и флуктуациями вещества, — сказал Дасом Ким, ведущий автор исследования.

— Однако в нашей работе мы реализовали этот переход, связав две различные магнитные подсистемы — спиновые флуктуации ионов железа и ионов эрбия внутри кристалла».

В квантовой механике спин описывает направление частиц. Когда спины частиц выравниваются, они создают в веществе магнитные узоры. Когда такой узор генерирует волну, это коллективное возбуждение называют магноном.

До сих пор у физиков не было единства по вопросу SRPT, поскольку этот фазовый переход противоречит «теореме запрета» в теоретической физике. Осуществив SRPT в магнитном кристалле на базе взаимодействия между двумя спиновыми подсистемами, исследователи смогли обойти этот запрет. Для этого им пришлось создать магнонную версию феномена. В частности, магноны ионов железа сыграли роль, которую традиционно приписывают флуктуациям вакуума, а спины ионов эрбия представили собой флуктуации вещества.

Используя передовые спектроскопические методы, исследователи наблюдали несомненные сигнатуры SRPT, https://www.eurekalert.org/news-releases/1080324 EurekAlert. Эти спектральные отпечатки точно соответствуют теоретическому описанию начала сверхизлучающей фазы.

Таким образом, ученые имеют веские основания думать, что они действительно создали долгожданное состояние SRPT. Они не только подтвердили предсказания 50-летней давности, но и сделали важный шаг в развитии квантовой технологии. Уникальные свойства сверхизлучательного фазового перехода можно использовать в разработке квантовых технологий следующего поколения.

Команда исследователей из США https://hightech.plus/2024/12/12/vpervie-uchenie-nablyudali-... на квазичастицы, которые прежде существовали только в теории — когда они движутся в одном направлении, у них есть масса, когда в другом — нет. Так называемые «полудираковские фермионы» были описаны 16 лет назад, но лишь недавно их обнаружили внутри кристалла полуметалла.