Физики решили квантовую загадку, десятилетиями ставившую учёных в тупик

Исследователи из Гейдельбергского университета разработали теорию, которая объединяет два конкурирующих подхода к описанию квантовой материи, десятилетиями считавшихся несовместимыми. Работа объясняет поведение отдельной примесной частицы в сложной квантовой среде, известной как многочастичная система.

В квантовой физике долгое время существовали две противоположные модели. Согласно первой, примесь (например, необычный электрон или атом) движется сквозь «море» других частиц (фермионов), увлекая их за собой и образуя квазичастицу — ферми-полярон. Вторая модель, известная как «ортогональная катастрофа Андерсона», описывает ситуацию с очень тяжёлой, почти неподвижной примесью, которая кардинально меняет состояние всей системы вокруг себя, делая образование квазичастиц невозможным.

Новая теоретическая работа показывает, что эти два сценария можно объединить. Ключевое открытие заключается в том, что даже сверхтяжёлая примесь не абсолютно неподвижна. Её крошечные колебания создают энергетическую щель, которая позволяет квазичастицам формироваться даже в сильно коррелированной среде.

«Теоретическая основа, которую мы разработали, объясняет, как возникают квазичастицы в системах с чрезвычайно тяжёлой примесью, связывая две парадигмы, которые долгое время рассматривались отдельно», — поясняет аспирант Евгений Дизер.

Как отмечает руководитель группы профессор Ричард Шмидт, результаты имеют прямое значение для экспериментов с ультрахолодными атомными газами, двумерными материалами и новыми полупроводниками. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.

ИИ: Это фундаментальное открытие, которое может стать мостом между разными областями квантовой физики и ускорить разработку новых материалов и технологий, например, в квантовых вычислениях.