Aktualita z fyziky: Sv─Ťtlo se m┼»┼że chovat jako magnet

Aktualita z fyziky: Sv─Ťtlo se m┼»┼że chovat jako magnet

Fyzika / ─Źl├ínek

Fotony se mohou p┼Öi teplot─Ť v bl├şzkosti absolutn├ş nuly chovat jako magnetick├ę dip├│ly. Takov├Ż je nov├Ż v├Żsledek z kvantov├ęho simul├ítoru, kter├Ż p┼Öinesl t├Żm fyzik┼» ze ┼ív├Żcarsk├ęho EPFL a z Paris Diderot University.

Magnetick├ę materi├íly pat┼Ö├ş mezi syst├ęmy kondenzovan├Żch l├ítek, kter├ę obsahuj├ş velk├ę mno┼żstv├ş interaguj├şc├şch ─Ź├ístic a vykazuj├ş velmi slo┼żit├ę chov├ín├ş. I s vyu┼żit├şm t─Ťch nejslo┼żit─Ťj┼í├ş po─Ź├şta─Źov├Żch program┼» je jejich studium zna─Źn─Ť obt├ş┼żn├ę. Slo┼żit├ę chov├ín├ş podl├ęhaj├şc├ş z├íkon┼»m kvantov├ę mechaniky se ale d├í modelovat s pomoc├ş um─Ťl├Żch struktur, takzvan├Żch kvantov├Żch simul├ítor┼». Tento zp┼»sob navrhl poprv├ę v roce 1981 Richard Feynman.

Studium kvantov├Żch jev┼» je komplikovan├ę, nebo┼ą vy┼żaduje v├Żvoj zcela nov├Żch za┼Ö├şzen├ş a metod m─Ť┼Öen├ş. Zjednodu┼íen├ş ┼Öe─Źeno, hlavn├ş pot├ş┼ż spo─Ź├şv├í v tom, ÔÇ×jak pozorovat n─Ťco, co je┼ít─Ť nezn├íme, kdy┼ż k tomu pot┼Öebujeme zn├ít to, co teprve mus├şme odhalitÔÇť. Kvantov├ę simul├ítory by tento probl├ęm mohly vy┼Öe┼íit. V─Ťdc┼»m by m─Ťly umo┼żnit hloub─Ťji prozkoumat n─Ťkter├ę kvantov├ę jevy a modelovat zcela nov├ę a dosud nezn├ím├ę fyzik├íln├ş procesy.

Kvantov├ę simul├ítory jsou syst├ęmy, jejich┼ż vlastnosti jsou zn├ím├ę a kter├ę napodobuj├ş chov├ín├ş jin├Żch kvantov├Żch objekt┼». Nov├Ż simul├ítor navr┼żen├Ż ┼ív├Żcarsk├Żmi a francouzsk├Żmi fyziky dok├í┼że zobrazit stejn├ę chov├ín├ş, kter├ę popisuje tzv. Ising┼»v model. Tento fyzik├íln├ş model se pou┼ż├şv├í pro popis f├ízov├Żch p┼Öechod┼» l├ítek. Vych├íz├ş z p┼Öedpokladu, ┼że ka┼żd├í m┼Ö├ş┼żkov├í poloha m├í v┼żdy jen dv─Ť mo┼żn├ę vlastnosti a ┼że mezi elementy um├şst─Ťn├Żmi v m┼Ö├ş┼żkov├Żch poloh├ích je zad├ína interakce. Pokud jsou magnety ochlazov├íny a┼ż do bl├şzkosti absolutn├ş nuly, musej├ş proj├şt kvantov├Żm f├ízov├Żm p┼Öechodem a to znamen├í, ┼że p┼Öeskakuj├ş mezi dv─Ťma stavy.

Simul├ítor se skl├íd├í ze souboru neline├írn├şch optick├Żch rezon├ítor┼». Kdy┼ż se do rezon├ítoru vprav├ş ve dvojic├şch fotony, parita ur─Źit├ęho mno┼żstv├ş foton┼» z┼»stane zachov├ína. Tato symetrie se m┼»┼że spont├ínn─Ť zlomit a zp┼»sobit tak kvantov├Ż f├ízov├Ż p┼Öechod.

Fotony se v rezon├ítorech ve skute─Źnosti chovaj├ş stejn─Ť, jako se v re├íln├Żch materi├ílech chovaj├ş magnetick├ę dip├│ly v oblasti kvantov├Żch f├ízov├Żch p┼Öechod┼» v t─Ťsn├ęm okol├ş absolutn├ş nuly. Tento p┼Öechod mezi dv─Ťma r┼»zn├Żmi stavy hmoty nast├ív├í v d┼»sledku kvantov├Żch fluktuac├şch podle Heisenbergova principu neur─Źitosti.

Fyzici ┼Öe┼íili z├íkladn├ş rovnice popisuj├şc├ş fotony v rezon├ítorech pou┼żit├şm numerick├ę simulace ÔÇ×corner-space renormalizationÔÇť. Anal├Żza v├Żsledk┼» p┼Öekvapiv─Ť uk├ízala univerz├íln├ş chov├ín├ş, p┼»vodn─Ť o─Źek├ívan├ę pro kvantov├ę magnety. V─Ťdci zjistili, ┼że tato univerz├ílnost vznik├í, jakmile kvantov├ę stavy foton┼», produkovan├Żch injektov├ín├şm p├ír┼», souhlas├ş s magnetick├Żm├ş dip├│ly, kter├ę maj├ş teplotu bl├şzkou absolutn├ş nule.

V─Ťdci te─Ć d├şky tomu budou moci pou┼ż├şt ─Ź├ístice sv─Ťtla (fotony) k proveden├ş virtu├íln├şho experimentu na kvantov├Żch magnetech, nam├şsto toho aby prov├íd─Ťli experiment skute─Źn├Ż. Simul├ítor je mo┼żn├ę vyrobit v laborato┼Öi pou┼żit├şm supravodiv├Żch kotou─Ź┼», kter├ę by v poli laser┼» mohly zp┼»sobit interakci foton┼».

┼śada laborato┼Ö├ş po cel├ęm sv─Ťt─Ť u┼ż tento postup vyzkou┼íela. Nav├şc nejnov─Ťj┼í├ş experiment na Yale University uk├ízal, ┼że je mo┼żn├ę injektovat p├íry foton┼» do dvou spojen├Żch rezon├ítor┼». ┼áv├Żcar┼ít├ş fyzici, kte┼Ö├ş se t─Ťmito v├Żsledky inspirovali, jsou p┼Öesv─Ťd─Źeni, ┼że jejich simul├ítor bude brzy v provozu. Techniku z Yale budou aplikovat na velk├Ż po─Źet rezon├ítor┼». Te─Ć hledaj├ş zp┼»sob, jak simulovat dal┼í├ş kvantov├ę kolektivn├ş jevy. P┼Öedb─Ť┼żn├ę v├Żsledky ukazuj├ş, ┼że simul├ítor m┼»┼że napodobit jev geometrick├ę frustrace v re├íln├Żch kvantov├Żch magnetech. V budoucnu cht─Ťj├ş v─Ťdci pou┼ż├şt simul├ítor ke studiu transportu magnetick├Żch spin┼» a vzniku asymetrie prostorov├ęho rozlo┼żen├ş (chirality).

P┼»vodn├ş v├Żsledky byly publikov├íny v Physical Review Letters.


Mohlo by v├ís zaj├şmat:

V─Ťdci na stop─Ť tajemstv├ş atomov├ęho j├ídra
Grafen umo┼ż┼łuje vytv├í┼Öet superizola─Źn├ş aerogel
Nanostruktury inspirovan├ę p┼Ö├şrodou m─Ťn├ş odpadn├ş vodu na pitnou
─îist├Ż grafen vykazuje silnou fotoodezvu

Kompletn├ş archiv Aktualit z fyziky

Tento ─Źl├ínek jsme automaticky naimportovali z p┼Öedchoz├şho redak─Źn├şho syst├ęmu. Pokud se v n─Ťm n─Ťco pokazilo, dejte n├ím pros├şm v─Ťd─Ťt.