Фото: ScienceDaily
Исследователи из Центра Гельмгольца в Берлине сделали шаг к экспериментальной проверке фрактонов — необычных квазичастиц, предсказанных в рамках квантовой физики. Ранее их существование рассматривали главным образом в моделях квантовых спиновых жидкостей с обобщенными калибровочными теориями. Теперь фрактоны удалось получить и в расчетах более реалистичной модели квантового твердого тела.
Квазичастицы возникают благодаря коллективному поведению множества взаимодействующих частиц внутри вещества. Например, распространение колебаний в кристаллической решетке описывается с помощью фононов. Фрактоны отличаются крайне ограниченной подвижностью: в одиночку они практически не способны перемещаться и могут сдвигаться только при взаимодействии с другими фрактонами.
Такая особенность может оказаться полезной для хранения квантовой информации. Из-за трудностей с перемещением фрактоны потенциально способны лучше сохранять данные и противостоять внешним воздействиям. Предполагается, что подобные частицы могут существовать в нескольких типах систем, включая квантовые спиновые жидкости.
В квантовых спиновых жидкостях магнитные моменты электронов не формируют устойчивую структуру даже при температуре абсолютного нуля. Вместо этого они продолжают изменяться, напоминая постоянное движение частиц в обычной жидкости. До сих пор предсказанные фрактоны не удавалось напрямую обнаружить экспериментально.
Работой руководили профессор Йоханнес Ройтер и доктор Нильс Ниггеманн. Как отмечает ScienceDaily, прежние расчеты сталкивались с проблемой: при сильном влиянии квантовых эффектов фрактоны исчезали, а при слабом они сохранялись лишь как классические частицы, лишенные полноценного квантового поведения.
Ученые изменили способ описания взаимодействий между спинами и провели новые численные расчеты. Результаты показали, что нужная фаза вещества может существовать в более реалистичных квантовых условиях. Следующим этапом станет поиск или создание физических систем для проверки модели, а одним из возможных инструментов рассматриваются симуляторы на атомах Ридберга.