대체 현실에서 깨어 난 우주선 USS Voyager에 탑승 한 경찰관 인 Harry Kim은 Polarons의 빔으로 시공간 연속체에서 왜곡을 만듭니다. 공상 과학처럼 들리나요? 글쎄, 그렇습니다. 그러나 부분적으로 만.
“스타 트렉 실제 준 사파르의 이름을 가져 와서 마법의 특성을 부여하는 것을 좋아했습니다.”라고 텍사스의 라이스 대학교의 물리학자인 더글러스 나 텔슨 (Douglas Natelson)은 말이 거의 마법적인 특성을 가진 실제 준 입학당을 만드는 것과 관련이 있습니다.
.준파당은 일종의 입자입니다. 모든 물질 현실의 빌딩 블록으로 여겨지는 17 개의 "기본"입자로 구성된 독점 클럽의 금지 된 진입은 준 사파르가 많은 수의 기본 입자들 사이의 복잡한 상호 작용에서 나옵니다. 물리학 자들은 방대한 수의 입자로 만들어진 고체, 액체 또는 혈장을 복용하고 극도의 온도와 압력에 적용 할 수 있으며 결과 시스템을 몇 가지 강력하고 입자와 같은 실체로 묘사 할 수 있습니다. 신흥 준 입자는 질량 및 전하와 같은 잘 정의 된 특성으로 상당히 안정적 일 수 있습니다.
예를 들어, Polarons는 1933 년 Lev Landau가 발견하고 Star Trek :Voyager 에 카메오를 제공했습니다. 1995 년에는 많은 전자가 결정 내부에 갇히면 구체화됩니다. 환경의 각 전자와 모든 입자 사이를 밀고 당기는 것은 전자를 "드레스"하여 더 큰 질량을 가진 준 입자처럼 작용합니다.
지난 수십 년 동안 연구를 지배 한 다른 유형의 응축 된 물질에서는 상황이 훨씬 더 이상됩니다. 연구원들은 전자 전하 또는 스핀의 정확한 분율 (일종의 고유 각 운동량)을 갖는 준 사파르를 만들 수 있습니다. 이러한 이국적인 특성이 어떻게 나타나는지는 여전히 이해되지 않습니다. 메릴랜드 대학교 (University of Maryland)의 응축 물리학자인 Sankar Das Sarma는“말 그대로 마술과 같습니다.
직관, 교육받은 추측 및 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 응축 된 물리적 물리학자는 어떤 준 사양이 이론적으로 가능하는지 알아내는 데 더 나아졌습니다. 한편, 실험실에서 물리학 자들이 새로운 재료를 새로운 극단으로 밀어 내면서 준 사양 동물 동물원은 빠르게 성장하고 점점 더 이국적으로 변했습니다. Natelson은“이것은 실제로 우뚝 솟은 지적 업적입니다
최근의 발견에는 Pi-tons, 부동성 프랙톤 및 뒤틀린 Wrinklons가 포함됩니다. 옥스포드 대학교 (University of Oxford)의 이론적 요약 물리학자인 스티브 사이먼 (Steve Simon)은“우리는 이제 우리가 전에는 결코 꿈꾸지 않은 속성을 가진 준 사파르에 대해 생각합니다.
다음은 가장 호기심이 많고 잠재적으로 유용한 준 파파르티클입니다.
Majoranas를 사용한 양자 컴퓨팅
발견 된 최초의 준 사파르티클 중 하나는 "구멍"이었다. 단순히 존재 해야하는 곳에 전자가 없다. 1940 년대의 물리학 자들은 구멍이 긍정적으로 하전 된 입자와 같은 고체 내부를 둘러싼다는 것을 발견했습니다. Weirder는 여전히 (그리고 잠재적으로 매우 유용한) 가설 된 Majorana 준 파파르티클이며, 분열 된 개성을 갖는다. 그들은 전자의 절반과 동시에 절반의 구멍이다. Das Sarma는“정말 미친 일입니다
2010 년 Das Sarma와 그의 공동 작업자들은 Majorana Quasiparticles가 양자 컴퓨터를 만드는 데 사용될 수 있다고 주장했다. 전자와 구멍을 서로 움직일 때 두 개의 로프로 꼰 패턴과 같은 정보를 저장합니다. 다른 트위스트는 양자 계산의 비트 인 1, 0 및 1 및 0의 중첩에 해당합니다.
효과적인 양자 컴퓨터를 구축하려는 노력은 대부분의 유형의 입자의 양자 중첩이 너무 뜨거워 지거나 다른 입자와 충돌 할 때 분리되기 때문에 지금까지 발견되었습니다. Majorana 준 파파르티클에는 그렇지 않습니다. 그들의 특이한 구성은 그것들을 제로 에너지와 전하로 부여하며, 이것은 이론적으로 저항없이 전기를 수행하는 재료 인 특정 유형의 초전도체 내에 깊은 곳에 존재할 수있게한다. 다른 입자가 존재할 수 없으므로 마이틀라나가 부패하는 것을 불가능하게하는“갭”을 만들어냅니다. Das Sarma는“초전도 차이는 전공을 보호한다”고 말했다.
2010 년부터 실험가들은 초전도체, 나노 와이어 및 자기장의 복잡한 조립으로 실제 전공 준 파파르티클을 구축하기 위해 경주하고 있습니다. 2018 년에 한 그룹의 연구원들이 자연 에서보고했습니다 그들은 Majoranas의 주요 서명을 관찰했습니다. 그러나 외부 전문가들은 데이터 분석의 측면에 의문을 제기했으며 이번 달 초이 논문이 철회되었습니다.
가능한 준 입자를 생각하는 것은 한 가지이며, 온도가 절대 0에 가까운 실험에서, 샘플이 원자에 의해 원자를 구성하고 작은 불순물이 모든 것을 탈선시킬 수있는 실험에서 그것을 관찰하는 것이 한 가지입니다.
.Das Sarma는 결정되지 않았습니다. “이론은 깨끗하기 때문에 Majorana가 보일 것이라고 보증합니다. 이것은 엔지니어링 문제입니다. 이것은 물리학 문제가 아닙니다.”라고 그는 말했다.
Polaritons로 만든 블랙홀
특이한 캐릭터 배열이있는 성장하는 준 파파 텔레 동물원은 물리학 자에게 블랙홀과 같이 접근하기 어려운 다른 시스템의 아날로그를 구축 할 수있는 툴킷을 제공합니다.
파리의 Sorbonne University의 Kastler -Brossel Laboratory의 Maxime Jacquet는“이러한 아날로그를 통해 우리는 우리가 손으로 만지지 못하는 물리학을 조사하고 싶습니다.
중력이 너무 강해져 빛조차도 탈출 할 수없는 곳에서 우주에서 블랙홀이 형성됩니다. 욕조의 플러그를 꺼내고 물이 배수구 아래로 소용돌이 치는 것을 보면 블랙홀의 간단한 아날로그를 만들 수 있습니다. 배수구에 너무 가까이 오는 물파는 불가능하게 소용돌이에 빨려 들어갑니다. Jacquet과 그의 공동 작업자가하는 것처럼 더 나은 아날로그를 만들 수 있습니다.
Polaritons는 물질과 빛의 혼합물입니다. 연구원들은 두 개의 거울을 사용하여 새장 내부에 광자를 가두었고, 이는 또한 엑시톤, 그 자체로 전자로 만든 일종의 준 입자와 서로 궤도를 돌리는 구멍을 포함합니다. (엑시톤은 동시에 같은 장소에있는 전자의 절반과 절반의 구멍 인 Majorana 준 파파티클과 구별됩니다.) 광자는 탈출하기 전에 대략 백만 번 거울 사이를 앞뒤로 튀어 오르고, 광자가 엑스 시톤과 튀어 나와 폴리톤을 형성합니다. 많은 광자와 엑시톤은 이런 방식으로 갇히고 결합되며,이 폴라 리톤은 액체 빛처럼 대량으로 행동하며, 이는 마찰이없고 산란하지 않습니다. 연구원들은이 폴라이트의 흐름을 설계하여 블랙홀 주위의 빛이 어떻게 움직이는지를 모방했습니다.
액체 빛은 안정적이지 않으며 결국 광자가 탈출됩니다. Jacquet가 시간이 지남에 따라 블랙홀이 어떻게 진화하는지 연구 할 수있는 것은이 새장 케이지입니다. 노벨상을 수상한 수학 물리학 자 로저 펜 로즈 (Roger Penrose)는 회전하는 블랙홀이 에너지를 잃고 점차 느려질 수 있다고 이론화했다. Jacquet은 Polaritons 로이 아이디어를 테스트 할 계획입니다.
Jacquet은“아무도 천체 물리학으로 말할 수는 없지만 우리는 할 수 있습니다.
영원한 자석
준 입자가 부패 할 수 있다면 궁극적으로 부패합니다. 예를 들어, 재료를 가로 질러 움직이는 자성 분야로 만든 준 입자 -이 제품의 에너지가 원래 자석보다 크지 않는 한 두 개의 다른 자석으로 붕괴 될 수 있습니다.
.그러나 준파당은 아마도 두 가지 이유로 상당히 안정적입니다. 그들은 매우 낮은 온도에서 유지되는 시스템에서 나오기 때문에 처음에는 에너지가 거의없고 서로 약하게 상호 작용하므로 부패를 유발하는 교란이 거의 없습니다. 하버드 대학교 (Harvard University)의 요약 물리학 자 루벤 베레 센 (Ruben Verresen)은“밀고 당기기가 많이있을 때 순진한 기대는 붕괴가 더 빨리 일어날 것이라는 기대는 순진한 기대였다”고 말했다.
그러나 Verresen의 연구는 그 그림을 머리에 뒤집 었습니다. 2019 년에 출판 된 논문에서, 그와 그의 동료들은 이론적으로 부패하는 준 파파르티클을 어떻게 모델링 한 다음 점차적으로 상호 작용의 강도를 높이기 위해 점차적으로 무슨 일이 있었는지 설명했습니다. 처음에는 준 사파르티클이 예상대로 더 빨리 부패했습니다. 그러나 Verresen의 놀랍게도 상호 작용의 힘이 매우 강해 졌을 때 준 사파르는 튀어 나왔습니다. "갑자기 당신은 다시 오랫동안 수명이 지남에 대한 준 사유가 있습니다."
그런 다음이 팀은 초고속 자석의 동작을 탐구하는 컴퓨터 시뮬레이션을 실행했으며, 자석이 부패하지 않은 것을 보았습니다. 그들은 준파당을 강력하게 상호 작용하는 새로운 이해가 2017 년부터 Magnon 실험에서 볼 수있는 몇 가지 수수께끼의 특징을 설명 할 수 있음을 보여 주었다.
이 결과는 준 사파르가 연구자들이 생각했던 것보다 훨씬 강력 할 수 있음을 시사합니다. 입자와 준 사기 사이의 경계가 흐려지고 있습니다. Verresen은“근본적인 차이는 없다”고 말했다
준 심파르티클은 많은 입자의 배열에서 발생합니다. 그러나 우리가 쿼크, 광자 및 전자와 같은 기본 입자라고 불리는 것은 우리가 생각하는 것만 큼 기본적이지 않을 수 있습니다. 일부 물리학 자들은이 명백한 기본 입자들도 출현했다고 의심합니다.
“우리는 전자, 광자 등이 실제로 나타나는 기본 이론을 알지 못합니다. 우리는 통일 프레임 워크가 있다고 생각합니다.”산타 바바라 캘리포니아 대학교에서 양자 물질 상태를 연구하는 이론가 인 레온 발렌트 (Leon Balents)는 말했다. “우리가 기본 입자로 생각하는 것은 아마도 기본이 아닐 것입니다. 그것들은 다른 이론의 준 사파르입니다.”
수정 :2021 년 3 월 24 일
블로그 게시물은 비엔나 대학교가 아닌 파리 소르본 대학의 Kastler -Brossel Laboratory에서 Maxime Jacquet의 현재 제휴를 반영하도록 수정되었습니다.
