velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

От темной дыры к сверхпроводникам

Физики использовали теорию струн для моделирования явления высокотемпературной сверхпроводимости.





В протяжении десятилетий физики пробуют связать воедино две главных теории, описывающих поведение объектов макро- и микромира. Одна из их – общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна – разъясняет поведение тел с большенными массами исходя из убеждений гравитационных эффектов, обусловленных деформацией пространства-времени. Но на субатомном уровне, для описания поведения частиц с очень малой массой, употребляются законы квантовой механики.

Мечта физиков – «теория всего», которая обхватывала бы любые физические взаимодействия, вне зависимости от размеров изучаемых объектов. Одним из самых фаворитных кандидатов на роль базы будущей «теории всего» остается теория струн, появившаяся в конце 1960-х – начале 1970-х годов.

Теория струн утверждает, что электроны и кварки можно представить как одномерные колеблющиеся струны. Единогласия по поводу жизнеспособности и научности теории струн посреди физиков нет, но многие из их признают, что она позволяет дать разъяснение явлениям, которые тяжело обрисовать исходя из убеждений других теорий. В этом десятилетии ученые попробовали при помощи теории струн выстроить мост меж гравитационной и квантовой механикой, узнаваемый как «калибровочно-гравитационная дуальность».

Физики из Массачусетского технологического института (MIT) использовали эту связь для описания определенного физического явления – высокотемпературной сверхпроводимости. Результаты их работы размещены в журнальчике Science. Команда исследователей обрисовала некие нюансы поведения купратов – медьсодержащих глиняних сверхпроводников. Ученые уповают, что им получится выстроить теорию, описывающую и другие материалы, позволяя предсказать их поведение.

В 1986 году физики нашли, что купраты показывают сверхпроводимость при относительно больших температурах – до 135 градусов выше абсолютного нуля. В отличие от большинства материалов, купраты не подчиняются законам Ферми – набору квантово-механических принципов, регулирующих поведение системы на микроскопичном уровне при температурах, близких к абсолютному нулю. Заместо этого они становятся сверхпроводниками. А при температуре малость выше той, при которой купраты начинают показывать сверхпроводимость, они перебегают в так называемое состояние «странного металла».

Исследователи из MIT направили внимание на два характеристики, отличающих эти «странные металлы» от жидкостей Ферми. В обыкновенной ферми-жидкости электронное сопротивление и коэффициент рассеяния электронов пропорциональны квадрату температуры. А в купратах (и других не-ферми-жидкостях) эти величины пропорциональны температуре. И по словам ученых, нет ни одной теории, объясняющей данный факт.

Используя «калибровочно-гравитационную дуальность» – связь меж гравитационной и квантовой механикой – исследователи выявили систему-аналог с такими же необыкновенными качествами, поведение которой можно разъяснить исходя из убеждений гравитационной механики. В этом случае в качестве модели «странного металла» ученые предложили гравитационную систему с темной дырой. «Это математическая абстракция, которая, как мы возлагаем надежды, поможет пролить свет на физику системы», - гласит Хон Лю (Hong Liu) , управляющий исследования.

Модель позволяет изучить поведение системы при больших и низких энергиях электронов (Уровень энергии определяется сопоставлением энергии возбужденного электрона со средней энергией электрона в системе). Выяснилось, что при низких энергиях модель темной дыры показывает те же необыкновенные характеристики, что и не-ферми-жидкости (к примеру, купраты).

А именно, когда электрон на самом нижнем из вероятных энергетических уровней перебегает в возбужденное состояние (к примеру, в итоге столкновения с фотоном), результирующее взаимодействие электрона и оставшейся дырки не может быть описано как взаимодействие квазичастиц, т.к. электрон очень стремительно выходит из возбужденного состояния. Пропорциональность коэффициента рассеяния электронов и температуры свидетельствует, что в таких системах электроны ворачиваются «на место» намного резвее, чем в тех, где эта зависимость квадратичная (при схожей температуре). Это справедливо как для не-ферми-жидкостей, так и для системы с темной дырой.

Физики выявили ряд соответствий меж квантовыми качествами «странных металлов» и гравитационными качествами модельной системы с темной дырой. Рассчитав при помощи ОТО свойства модели, можно перенести результаты на систему «странного металла». К примеру, напряженность электрического поля в гравитационной системе будет соответствовать электрической плотности в квантовой системе.

Ранее ученые уже воспользовались способом калибровочно-гравитационной дуальности для описания неких параметров кварк-глюонной плазмы, но для осознания физики конденсированного состояния таковой подход был использован в первый раз.

Физики рассчитывают, что калибровочно-гравитационная дуальность поможет пролить свет на группу редчайших соединений, узнаваемых как тяжелофермионные металлы, электроны в каких ведут себя так, как если б их масса была в сотки раз больше обыкновенной. Они также проявляют характеристики не-ферми-жидкости, которые свойственны для купратов в фазе «странного металла».

По сообщению MIT News




Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments