Учёные упростили анализ сложных квантовых систем с сильными взаимодействиями

Энергия эффективной системы фермион-димер на кольце. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/8mnc-x42q

Исследовательская группа из Технического университета Дармштадта разработала новый метод, который преобразует сложную проблему квантовой физики в упрощённую версию без потери важной информации. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Одна из ключевых проблем квантовой физики — математическое описание систем, состоящих из множества атомов с сильными силами притяжения. Даже для 10 частиц такие системы находятся на пределе возможностей современных численных методов.

Особенно сложной задачей становится учёт внешних сил, что часто встречается в экспериментах с холодными атомами, например, при ограничении их движения в одном измерении. Подобные системы были предложены ещё в 1960-х годах, но до сих пор решались лишь в отдельных частных случаях.

Учёные использовали «эффективную теорию», фокусируясь только на ключевых физических аспектах. Поскольку атомы образуют пары (димеры) из-за сильного притяжения, исследователи создали упрощённое описание на основе атомов и димеров вместо множества отдельных частиц.

Энергия эффективной системы фермион-димер в гармонической ловушке. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/8mnc-x42q

Метод также учитывает, что атомы и димеры относятся к разным классам частиц — фермионам и бозонам. С помощью «дуальности преобразований» учёные поменяли их роли местами, что ослабило взаимодействия между частицами и упростило решение задачи.

Энергия димера, ограниченного гармонической ловушкой. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/8mnc-x42q

Комбинируя эффективные теории и дуальные преобразования, исследователи смогли переформулировать сложную проблему в более простую форму. Это фундаментальное исследование позволяет делать прогнозы для экспериментов с холодными атомами и сильными силами притяжения в одном измерении. В перспективе метод может быть применён и к более сложным многомерным системам.

Дополнительная информация: Timothy G. Backert и др., Effective Theory for Strongly Attractive One-Dimensional Fermions, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/8mnc-x42q

Источник: Technische Universitat Darmstadt