책상은 개별적이고 뚜렷한 원자로 구성되어 있지만 멀리서는 표면이 매끄럽게 보입니다. 이 간단한 아이디어는 물리적 세계 모델의 핵심입니다. 우리는 모든 원자와 전자 사이의 복잡한 상호 작용에 얽히지 않고 전반적으로 무슨 일이 일어나고 있는지 설명 할 수 있습니다.
따라서 미세한 특징이 모든 규모에서 완고하게 지속되는 새로운 이론적 물질 상태가 발견되었을 때, 많은 물리학 자들은 그 존재를 믿기를 거부했습니다.
뉴저지 주 프린스 턴 연구소의 이론적 물리학자인 나단 세이 버그 (Nathan Seiberg)는“프랙 톤에 대해 처음 들었을 때 시스템이 어떻게 행동하는지에 대한 편견을 완전히 무시하기 때문에 이것이 사실이 될 수 없다고 말했다. “그러나 나는 틀렸다. 나는 거부에 살고 있다는 것을 깨달았다.”
프랙 톤의 이론적 가능성은 2011 년에 물리학 자들을 놀라게했다. 최근에, 이러한 이상한 물질 상태는 물리학 자들이 기본 물리학에서 가장 큰 문제를 해결하는 데 도움이 될 수있는 새로운 이론적 틀로 이끌어왔다.
프랙 톤은 준 사파르 (Quasiparticles)-재료 내부의 많은 기본 입자들 사이의 복잡한 상호 작용에서 나오는 입자와 같은 엔티티입니다. 그러나 프랙 톤은 다른 이국적인 준 입자와 비교하여 기괴합니다. 왜냐하면 그것들은 완전히 움직이지거나 제한된 방식으로 만 움직일 수 있기 때문입니다. 환경에는 프랙 톤이 움직이지 못하게하는 것이 없습니다. 오히려 그것은 그들의 고유 한 재산입니다. 그것은 프랙 톤의 미세한 구조가 장거리에 대한 그들의 행동에 영향을 미친다는 것을 의미합니다.
“정말 충격적입니다. 캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)의 응축 된 물질 이론가 인 Xie Chen은 말했다.
부분 입자
2011 년 Caltech의 대학원생 인 Jeongwan Haah는 실온에서도 양자 기억을 확보하는 데 사용될 수있는 비정상적인 물질 단계를 찾고있었습니다. 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 그는 Haah 코드라고 불리는 새로운 이론적 단계를 나타 냈습니다. 이 단계는 그것을 만들어내는 이상하게 움직일 수없는 준 입자 때문에 다른 물리학 자들의 관심을 빨리 잡았습니다.
그들은 단순한 입자의 일부 분획처럼 개별적으로 보이며 조합으로 만 움직일 수있었습니다. 곧, 비슷한 특성으로 더 많은 이론적 단계가 발견되었으며, 2015 년에는 Sagar Vijay 및 Liang Fu와 함께 Haah가 이상한 부분 준파 류에 대한“프랙 톤”이라는 용어를 만들어 냈습니다. (Claudio Chamon의 이전이지만 간과 된 논문은 이제 Fracton 행동의 원래 발견으로 인정됩니다.)
프랙 톤 단계에서 매우 예외적 인 내용을 보려면 전자와 같은보다 일반적인 입자를 재료를 통해 자유롭게 움직입니다. 특정 물리학 자가이 움직임을 이해하는 이상하지만 관습적인 방법은 전자-포도시트론으로 채워져 있기 때문에 전자가 움직이는 것입니다. 그러한 쌍 중 하나는 양전자 (전자의 반대로 하전 된 항 입자)가 원래의 전자 위에 있도록 멸종시킨다. 이것은 원래 전자에서 변위되는 쌍으로부터 전자 뒤에 남겨 둡니다. 두 전자를 구별하는 방법이 없기 때문에 우리가 인식하는 것은 단일 전자 이동입니다.
대신 입자와 항 입자 쌍이 진공 상태에서 발생할 수는 없지만 제곱 만 발생한다고 상상해보십시오. 이 경우, 정사각형이 발생할 수 있으므로 하나의 항 입자가 원래 입자 위에 놓여서 해당 코너를 전멸시킬 수 있습니다. 그런 다음 두 번째 정사각형이 진공 상태에서 튀어 나와서 측면 중 하나가 첫 번째 정사각형에서 측면으로 멸종됩니다. 이것은 두 번째 정사각형의 반대쪽 뒤에 남겨져 있으며 입자와 항 입자로 구성됩니다. 결과적인 움직임은 직선으로 옆으로 움직이는 입자-항파 쌍의 움직임입니다. 이 세상에서 - 프랙 톤 단계의 예 - 단일 입자의 움직임이 제한되지만 쌍은 쉽게 움직일 수 있습니다.
Haah 코드는 현상을 극단으로 가져갑니다. 입자는 새로운 입자가 프랙탈이라고하는 끝없는 반복 패턴으로 소환 될 때만 움직일 수 있습니다. 사각형에 4 개의 입자가 배열되어 있지만 각 모서리를 확대 할 때 서로 가까이있는 4 개의 입자의 다른 정사각형이 있습니다. 코너에서 다시 확대하면 다른 사각형 등이 있습니다. 이러한 구조가 진공 상태에서 구체화하려면 많은 에너지가 필요하므로 이러한 유형의 프랙 톤을 이동하는 것은 불가능합니다. 이것은 환경이 큐 비트의 섬세한 상태를 방해 할 수 없기 때문에 매우 안정적인 큐 비트 (양자 컴퓨팅)를 시스템에 저장할 수 있습니다.
.프랙톤의 움직이지 않으면 멀리 떨어진 매끄러운 연속체로 묘사하는 것이 매우 어렵습니다. 입자는 일반적으로 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 충분히 오래 기다리면 온도 나 압력과 같은 벌크 특성으로 정의 된 평형 상태로 충격을받습니다. 입자의 초기 위치는 중단됩니다. 그러나 프랙 톤은 특정 지점에 붙어 있거나 특정 선이나 평면을 따라 조합하여 움직일 수 있습니다. 이 움직임을 설명하려면 프랙톤의 독특한 위치를 추적해야하므로 단계는 미세한 특성을 흔들거나 일반적인 연속체 설명에 제출할 수 없습니다.
산타 바바라 (Santa Barbara) 캘리포니아 대학의 이론가 인 비제이 (Vijay)는“그들의 단호한 미세한 행동은“프랙 톤의 사례를 상상하고 가능한 것이 무엇인지 깊이 생각하는 것이 어려운 일”이라고 말했다. "지속적인 설명이 없으면 이러한 물질 상태를 어떻게 정의합니까?"
Chen은“우리는 큰 일을 놓치고 있습니다. "우리는 그것들을 어떻게 묘사하고 그들이 의미하는지 전혀 모른다."
새로운 프랙톤 프레임 워크
실험실에서 프랙 톤은 아직 만들어지지 않았지만 아마도 변할 것입니다. 움직일 수없는 결함을 가진 특정 결정은 수학적으로 프랙톤과 유사한 것으로 나타났습니다. 그리고 이론적 인 Fracton 환경은 매월 새로운 모델이 나타나면서 누군가가 예상 한 것 이상으로 펼쳐졌습니다.
"아마도 가까운 장래에 누군가가 이러한 제안 중 하나를 가져 와서‘좋아요, 냉담한 원자로 영웅 실험을하고 이러한 프랙 턴 모델 중 하나를 정확하게 실현합시다."
실험적 실현이 없어도, 프랙 톤의 이론적 가능성은 양자 필드 이론의 주요 전문가 인 세이버르의 경보 종을 울렸다.
양자 필드 이론은 공간과 시간에 걸쳐 연속 필드의 여기에서 불연속 입자를 묘사합니다. 그것은 지금까지 발견 된 가장 성공적인 물리 이론이며, 입자 물리학의 표준 모델을 포함합니다.
“프랙 톤은이 프레임 워크에 맞지 않습니다. 그래서 제가 틀이 불완전하다는 것입니다.”라고 Seiberg가 말했습니다.
양자 필드 이론이 불완전하다고 생각할 다른 이유가 있습니다. 한 가지 중에는 지금까지 중력의 힘을 설명하지 못합니다. 양자 필드 이론 프레임 워크에서 프랙톤을 설명하는 방법을 알아낼 수 있다면 세이버 및 기타 이론가들은 생존 양자 중력 이론에 대한 새로운 단서를 예측합니다.
Seiberg는“Fractons의 불분명은 우리가 이미 가지고있는 전체 구조를 망칠 수 있기 때문에 잠재적으로 위험합니다. "하지만 문제라고 말하거나 기회라고 말합니다."
그와 그의 동료들은 연속적인 시공간의 기반암 위에 약간의 개별 행동을 허용함으로써 프랙톤의 이상 함을 포괄하려고 노력하는 새로운 양자 필드 이론을 개발하고 있습니다.
."양자 필드 이론은 매우 섬세한 구조이므로 가능한 한 적은 규칙을 변경하고 싶습니다." "우리는 반대편에 도착하기를 바라면서 매우 얇은 얼음 위를 걷고 있습니다."
