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不滅の量子粒子の存在を証明

01.07.2019

私たちの周りの世界に永遠のものはありません。人、惑星、星、銀河、そしておそらく宇宙全体には、特定の「寿命」があります。しかし、奇妙な量子の世界で起こることは、通常のルールに従わないことがよくあります。そして最近、科学者たちは、特定の条件下で量子系に存在する特定のタイプの準粒子がほぼ無期限に存在できることを発見しました。これは、これらの準粒子が決して崩壊しないという意味ではありませんが、「灰の中の不死鳥」のようにすぐに元に戻り、完全に「不滅」になります。

一見したところ、上記の説明は熱力学の第 XNUMX 法則に真っ向から矛盾しています。これによれば、孤立したシステムのエントロピーのレベルは増加するだけです。言い換えれば、このシステムに含まれるオブジェクトは破壊することしかできず、他のオブジェクトと組み合わせることによって、より大きく、より複雑なオブジェクトを形成することはできません。しかし、量子系における物体の振る舞いが通常の法則に従うことはほとんどなく、検出された準粒子はこれを直接確認しています。

準粒子は、従来の意味での電子やクォークのような粒子ではありません。準粒子は、電気的または磁気的な影響によって引き起こされる、それらが存在する環境でのエネルギー励起の発生の結果です。ほとんどの場合、準粒子は互いに接続された XNUMX つ以上の粒子であり、XNUMX つの大きな粒子として動作します。

準粒子には、結晶格子内の原子の振動エネルギーからの離散的な形成であるフォノン、結晶格子の分極雲に閉じ込められた電子であるポーラロンが含まれます。

彼らの研究では、マックスプランク複雑物理学研究所とミュンヘン工科大学の科学者は、フォノンのような波の性質の準粒子にのみ焦点を当て、スーパーコンピューターシミュレーションの基礎となった多くの数値手法が開発されました。ソフトウェア。数学的モデルの計算は、すべての粒子が実際に崩壊することを示していますが、それらのいくつかはすぐに再び現れます. 粒子の崩壊と出現は非常に迅速に発生し、無期限に続く別の振動プロセスの段階です。

そして、物理学者が指摘しているように、準粒子に起こることは熱力学の第二法則に違反していません。振動は波動関数であるため、このプロセスでは、エネルギーから物質への変換、およびその逆の絶え間ない変換が行われます。これは、量子粒子の二元論の原理によって「保護」されます。そして、この場合の量子系のエントロピーは増加も減少もせず、一定のレベルのままです。

この発見により、すでにいくつかの奇妙なことの説明を見つけることが可能になりました. 例えば世界には安定性の高いBa3CoSb2O9という磁性体があります。そして、この安定性のキーポイントは、崩壊後に再出現する磁気準粒子、マグノンにあるようです。 XNUMX番目の例はヘリウムで、絶対零度に近い温度で超流動液体になります。ヘリウムのこの特徴は、ロトンと呼ばれる潜在的に「不滅の」準粒子を含んでいるという事実によって説明できます。

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