문자열 이론은 양자 역학의 법칙을 중력의 법칙과 연합하는 방법으로 고안되었으며, vaunted“모든 것의 이론”을 만들기위한 목표로
.Subir Sachdev는 문자 그대로“모든 것”을 취하고 있습니다. 그는 문자열 이론의 수학을 물리학의 다른 쪽 끝에서 주요 문제에 적용하고 있습니다.
이 재료는 가장 유망하고 가장 당혹스러운 재료 중 하나입니다. 전기의 마찰이없는 전류를 통과시키기 위해 거의 절대 제로 (–273.15도)까지 냉각되어야하는 일반 초전도체와 달리, 고온 초전도기는 더 많은 수용 조건에서 동일한 놀라운 성능을 산출합니다. 1986 년에 최초의 고온 초전도체가 발견 된 이후, 물리학 자들은 현재 기록이 섭씨 –70도에 서있는 후 연속적으로 높은 온도에서 초전도성을 나타내는 다른 재료를 발견했습니다.
.물리학 자들이 이러한 초전도기의 작동 방식을 이해하지 못한다는 사실에도 불구하고 이러한 진전이 발생했습니다. 광범위하게 말하면, 많은 응축기 물리학 자들은 전류의 캐리어 인 전자가 주어진 재료를 어떻게 움직이는 지 연구합니다. 구리 나 금과 같은 일반 도체에서 전자는 구리 또는 금 원자로 형성된 격자를 통해 흐릅니다. 다이아몬드와 같은 절연체에서는 전자가 남아있는 경향이 있습니다. 초전도체에서 전자는 에너지 손실없이 기본 원자 격자를 통과합니다. 30 년 동안 물리학 자들은 고온 초전도체의 전자가 어떻게 행동하는지 설명하는 포괄적 인 이론을 개발할 수 없었습니다.
특히 흥미로운 질문은 재료의 동작이 온도에 따라 어떻게 변하는 지, 특히 도체가 온도가 떨어질 때 일반에서 수퍼로 전환하는 방법입니다. 과학자들은 이것을“양자 위상 변화”라고 부릅니다. 두 단계는 전이 온도의 양쪽에있는 재료의 특성입니다.
.하버드 대학교 (Harvard University)의 응축 된 물리학자인 Sachdev는 도전이 규모 중 하나라고 설명합니다. 전형적인 재료 덩어리는 1 조의 전자에 수조를 가지고 있습니다. 이 전자가 초전도기에서와 같이 서로 상호 작용할 때, 그들은 추적하기가 불가능 해집니다. 물질의 일부 단계에서, 물리학 자들은 전자의 떼를“준 사파르트”로 모델링 하여이 척도 문제를 극복 할 수 있었으며, 개별 입자와 매우 유사한 양자 여기. 그러나 준 입자 전략은 고온 초전도체에서는 효과가 없어 물리학 자 들이이 물질의 전자의 행동에 집단 질서를 부과 할 수있는 또 다른 방법을 찾도록 강요했다.
.2007 년 Sachdev는 놀라운 통찰력을 가지고있었습니다. 그는 현악 이론의 특정 특징이 고온 초전도기에서 발견되는 전자 수프에 해당한다는 것을 깨달았습니다. 그 이후로 Sachdev는 문자열 이론의 모델을 개발하여 고온 초전도기의 전자 거동에 대해 생각할 수있는 방법을 제공했습니다. 그는이 아이디어를 사용하여 그래 핀 (평평한 탄소 원자)과 같은 재료로 실제 실험을 설계했습니다.
Science 의 다가오는 논문에서 , 그와 그의 공동 작업자는 현악 이론에서 빌린 방법을 사용하여 그래 핀의 열 흐름 및 전하와 관련된 실험 결과를 올바르게 예측합니다. 이제 그는 자신의 통찰력을 고온 초전도기 자체에 적용하기를 희망합니다.
Quanta Magazine Sachdev와 함께 고온 초전도체의 전자가 블랙홀과 어떻게 관련되어 있는지, 최근의 그래 핀으로의 성공, 그리고 응축 된 물리학의 가장 큰 이름이 왜 문자열 이론 접근법이 작동한다는 것에 대해 회의적 인 이유에 대해 이야기했습니다. 인터뷰의 편집 및 응축 버전이 다음과 같습니다.
Quanta Magazine :고온 초전도체 내부에서 무슨 일이 일어나고 있습니까?
Subir Sachdev :오래된 재료와 새로운 재료의 차이점은 오래된 재료에서 전자가 서로 독립적으로 전기를 전도한다는 것입니다. 전자는 동시에 동일한 양자 상태를 차지할 수 없으며 서로 독립적으로 움직일 수 없다고 배제 원칙에 순종합니다. 나와 다른 많은 사람들이 연구해온 새로운 재료 에서이 독립적 인 전자 모델이 실패한다는 것이 분명합니다. 일반적인 그림은 그들이 협력 적으로 움직이고 특히 얽히게된다는 것입니다. 양자 특성이 연결되어 있습니다.
이 얽힘은 고온 초전도체가 일반 초전도체보다 모델에 훨씬 더 복잡하게 만듭니다. 문제를 어떻게보고 있었습니까?
일반적으로 나는 물질의 양자 단계의 분류를 통해 이것에 접근합니다. 단순한 양자 단계의 예는은과 금과 같은 단순한 금속 또는 다이아몬드와 같은 단순한 절연체입니다. 이 단계들 중 다수는 잘 이해되고 있으며 일상 생활의 모든 곳에 나타납니다. 우리는 고온 초전도체와 다른 많은 새로운 재료를 발견했기 때문에, 양자 원리를 준수하고 서로 상호 작용하는 수조의 전자가있을 때 나타날 수있는 다른 물리적 특성을 이해하려고 노력했습니다. 내 마음의 뒤에는 물질의 양자 단계 분류에 대한이 광범위한 공격이 고온 초전도체에 대한 더 깊은 이해로 이어질 것이라는 희망입니다.
얼마나 멀리 있었습니까?
양자 상 전이 이론을 이해하는 데 큰 진전이 있었는데, 여기에는 서로 매우 다른 양자 물질의 두 단계를 취하고 일부 매개 변수 (예 :결정에 대한 압력)를 조정하고 재료가 한 단계에서 다른 단계로 갈 때 어떤 일이 발생하는지 묻습니다. 광범위한 양자 상 전이에 대한 많은 발전이있었습니다. 우리는 이제 우리가 전에 알지 못하는 여러 종류의 단계를 알고 있습니다.
그러나 고온 초전도체에서 전자가 어떻게 행동하는지에 대한 완전한 이론은 개발하기가 어려웠다. 왜?
격자를 통과하는 단일 전자가있는 경우 전자가 차지할 수있는 다른 위치에 대해서만 걱정하면됩니다. 포지션 수는 크지 만 컴퓨터에서 처리 할 수있는 것입니다.
그러나 일단 많은 전자에 대해 이야기하기 시작하면 그것에 대해 매우 다르게 생각해야합니다. 그것에 대해 생각하는 한 가지 방법은 격자의 각 사이트가 비어 있거나 가득 차 있다고 상상하는 것입니다. n 사이트 2 입니다 따라서 가능성은 상상할 수 없을 정도로 광대합니다. 이 광범위한 가능성에서, 당신은 전자가하는 합리적인 일을 분류해야합니다. 간단히 말해서 어려운 문제인 이유입니다.
위상 전환으로 돌아가서, 당신은 너무 따뜻할 때 고온 초전도기에서 일어나는 일을 연구하는 데 많은 시간을 보냈습니다. 이 시점에서, 그것은 소위 "이상한 금속"이됩니다. 이상한 금속을 이해하는 이유는 왜 고온 초전도체를 이해하는 데 도움이됩니까?
초전도체로 시작하여 온도를 높이면 초전도성이 사라지는 임계 온도가 있습니다. 이 온도 바로 위에있는 많은 속성이 일반 금속과는 매우 다르기 때문에 이상한 금속이라고 부르는 금속 유형을 얻습니다. 이제 시스템의 위상이 임계 온도 아래로 이동할 때 이상한 금속 상태에서 초전도 상태로 변경되는 경로를 역전시키는 것을 상상해보십시오. 이런 일이 발생하는 온도를 결정하려면 임계 온도의 양쪽에서 양자 상태의 에너지를 비교해야합니다. 그러나 이상한 금속은 모든면에서 이상하게 보이며 물리적 특성에 대한 가장 간단한 모델 만 있습니다.
이상한 금속이 다른 독특한 양자 단계와는 다른 이유는 무엇입니까?
특정 단계에서, [Quantum] 여기는 일반적으로 새로운 출현 입자처럼 행동합니다. 그것들은 준파당입니다. 그들의 내부 구조는 매우 복잡하지만 외부에서는 일반 입자처럼 보입니다. 많은 바디 상태의 준 사양 이론은 우리가 오래된 재료에서 발견 한 모든 주에 거의 적용됩니다.
이상한 금속은 준 사양 이론이 어디에서 실패하는지 알고있는 가장 두드러진 사례 중 하나입니다. 그렇기 때문에 많은 바디 이론의 기본 도구가 적용되지 않기 때문에 연구하기가 훨씬 더 어려운 이유입니다.
당신은 현론이 이상한 금속과 같은 준 사파르티클이없는 양자 단계를 이해하는 데 유용 할 수 있다는 생각을 가지고있었습니다. 이 설정에서 문자열 이론이 어떻게 유용합니까?
내 관점에서, 문자열 이론은 다수의 양자 정각 입자를 이해하기위한 또 다른 강력한 수학적 도구였습니다. 특히, 현의 끝이 표면에 달라 붙는다 고 상상할 수있는 특정 문자열 이론 단계가 있습니다. 당신이 표면에서 움직이는 개미라면, 당신은 줄의 끝 만 볼 수 있습니다. 당신 에게이 끝은 입자처럼 보이지만 실제로 입자는 추가 치수로 이동하는 스트링으로 연결됩니다. 당신에게, 표면에 앉아있는이 입자들은 얽히게 보일 것이며, 입자를 얽히고있는 여분의 치수의 줄입니다. 얽힘을 설명하는 다른 방법입니다.
이제 두 개의 전자뿐만 아니라 4, 6, 무한 많은 전자로 전자가 형성 될 수있는 다른 얽힌 상태를 보면서 그 과정을 계속 상상할 수 있습니다. 이것은 물질 단계의 분류와 밀접한 관련이 있습니다. 각 전자가 파트너를 찾은 다음 쌍이 다른 쌍과 얽히는 등의 얽힘에 대한 계층 적 설명입니다. STRINGY 설명을 사용 하여이 계층 구조를 구축 할 수 있습니다. 그래서 그것은 수조 전자의 얽힘에 대해 이야기하는 한 가지 방법입니다.
이상한 금속에 문자열 이론을 적용하는 것은 흥미로운 영향을 미칩니다. 예를 들어, 이상한 금속과 블랙홀의 특성 사이에 연결을 그릴 수있었습니다. 당신은 어떻게 하나에서 다른쪽으로 가는가?
문자열 이론 그림에서 [전자 밀도를 변경]은 블랙홀에 전하를 넣는 것과 일치합니다. 많은 사람들이 지난 5 년 동안 이것을 연구 해 왔습니다. 이는 충전 된 블랙홀의 특성에서 이상한 금속에 대한 것을 이해하려고 노력했습니다. 나는 최근에 많은 속성이 충전 된 블랙홀의 특성과 정확히 일치하는 격자에서 움직이는 특정 인공 전자 모델을 실제로 발견 한 논문이 있습니다.
.나는 많은 사람들이 가장 유능한 살아있는 응축기 물리학 자로 여겨지는 필립 앤더슨 (Philip Anderson)이 끈 이론이 이상한 금속을 이해하는 데 정말 유용하다는 회의적이라는 것을 읽었습니다. 그것이 사실인지 아십니까?
맞다고 생각합니다. 그는 나에게 이것을 믿지 않는다고 스스로에게 말했지만, 내가 말할 수있는 것은 자신의 관점을 가진 훌륭한 사람입니다. 우리가 2007 년에 아이디어를 처음 제안했을 때, 그것은 확실히 미쳤다고 말할 것입니다. 그 이후로 많은 진전이 이루어졌습니다. 필립 킴 (Philip Kim)과 다른 사람들과 새로운 논문이 있는데, 그곳에서 약간의 스트랜지 메탈 인 그래 핀으로 밝혀졌으며, 현악 이론에서 영감을 얻은 많은 방법은 실험에 의해 검증 된 정량적 예측을 초래했습니다.
.나는 그것이 지금까지 문자열 이론 방법의 최고의 성공 중 하나라고 생각합니다. 문자 그대로 작동합니다. 숫자를 올바르게 얻을 수 있습니다. 그러나 그래 핀은 간단한 시스템이며, 이러한 방법이 고온 초전도체에서 아직 작동하는지 여부는 아직 입증되지 않았습니다.
왜 앤더슨이 당신이 취한 접근 방식에 회의적인지에 대해 더 말할 수 있습니까?
당신이 돌아가서 실제로 문자열 이론 모델을 보면, 표면에서 그들은 고온 초전도기에 필요한 모델의 종류와는 매우 다르게 보입니다. 당신은 끈끈한 모델과 그 구성 요소를보고, 이들이 고온 초전도체의 구성 요소와 연결되어 있다는 것은 터무니없는 것처럼 보입니다. 그러나 문자 그대로이 모델이 [고온 초전도기]에서 발견 될 것이라고 말하는 관점에서 볼 수 없다면,이 모델은 준 사파르가없는 재료가 행동하는 방법과 같은 어려운 문제를 진전시키는 데 도움이되는 모델 일뿐입니다. 문자열 이론은 해결할 수있는 이러한 재료 중 하나의 예를 제공합니다.
.문자 그대로 문자열 이론을 사용하고 있습니까? 직접 응용 프로그램입니까, 아니면 영감을 얻고 있습니까?
사물의 영감 측면에 더 가깝습니다. 모델을 해결 한 후에는 해결할 수없는 다른 모델에 대한 많은 통찰력을 제공합니다. 6 ~ 7 년의 작업이 현악기에 가까워지면 많은 것을 배웠다고 생각합니다. 우리에게 다음 단계는 우리가 더 해결 가능한 모델에서 얻은 영감을 사용하여보다 현실적인 시스템에서 작동하는 것으로 보입니다.
문자열 이론 모델과 그래 핀에 대한 작업이 어떻게 고온 초전도체의 특성을 이해할 수있는 위치에 있습니까?
고온 초전도체에서 전자의 밀도를 변화 시키면 전자가 전자가 모바일이있는 것으로 보이는 정권에서 전자가 이동하는 훨씬 더 극적인 변화가 있습니다. 우리는 전자 양자 상태에 극적인 변화가있는 것처럼 보이는 최적 밀도라는 특별한 점이 있다는 것을 이해하고 있습니다. 그리고이 지점 근처에는 이상한 금속이 관찰되는 곳이 있습니다. 우리는 양자 상태가 바뀌는이 특별한 지점의 미세한 이론을 해결하려고 노력하고 있으며, 끈적 끈적한 모델은 그러한 양자 크리티컬 한 지점에 대해 많은 것을 가르쳐 줄 수 있습니다. 완전한 프레임 워크를 갖게되면 그래 핀에서 많은 통찰력을 가져 와서이 복잡한 모델에 적용 할 수 있기를 희망하고 낙관적입니다. 그것이 우리가있는 곳입니다.
