Российский физик предложил новое состояние вещества

Российский физик предложил новое состояние вещества

<hr class="tLeft"/>

<var class="postImg" title="http://hi-news.ru/wp-content/uploads/2014/06/Contub_v1_0_07_21.png">pic</var>

<hr class="tLeft"/>


Старший научный сотрудник Института теоретической и прикладной электродинамики РАН и представитель кафедры электродинамики сложных систем и нанофотоники МФТИ Александр Рожков предположилвозможность существования фермионной материи в новом состоянии — в виде одномерной жидкости. Такое состояние нельзя описать в рамках существующих моделей. Работа ученого появилась в журнале Physical Review Letters и на arXiv.org.
Новое состояние вещества, возможно, удастся создать с помощью магнитной ловушки, удерживающей в магнитном поле охлажденные атомы. Как отмечает сам автор исследования, одномерная жидкость — это не обязательно привычное нам состояние вещества. Термин «жидкость» с равным успехом относится к моделям, описывающим многочастичные системы с межчастичным взаимодействием. Эти модели могут описывать вполне обыденные объекты — электроны в проводниках — и весьма необычные — нанотрубки, листы графена или нанопроволоку.
Фермионный конденсат — шестое из известных состояний вещества, обнаруженный после твердого, жидкого, газообразного, плазмы и конденсата Бозе-Эйнштейна — был открыт в 2003 году рядом американских физиков.
«Сейчас есть две модели фермионной материи, так сказать, общего положения: ферми-жидкость (работает в трех- и двумерном пространстве) и жидкость Томонаги-Латтинжера (работает в одномерном). Я показал, что в одномерности можно, подстраивая взаимодействие, получить еще одно состояние одномерной материи, которая похожа на обе эти модели, но не сводится ни к той ни к другой. Обнаруженную систему я предложил называть квази-ферми-жидкостью. Поскольку требуется аккуратная подстройка взаимодействия, моя квази-ферми-жидкость не есть система общего положения. Возможно поэтому она была обнаружена лишь спустя полвека после описания жидкостей Ферми и Томонаги-Латтинжера», — рассказал сам Александр Рожков пресс-службе МФТИ.
Описываемая ученым материя состоит из фермионов — частиц с полуцелым спином. По законам квантовой механики, поведение вещества из фермионов отличается от поведения вещества из бозонов, частицы которого обладают целым спином.


Разберем разницу между фермионными и бозонными жидкостями на примере жидкого гелия. Атом изотопа гелий-4 имеет бозонное ядро, поэтому образует бозе-жидкость, которая испытывает бозе-конденсацию при температурах ниже 2,17 кельвина. Конденсат бозе-жидкости обладает сверхтекучестью: может протекать сквозь любые щели, не встречая сопротивления. Изотоп гелия-3 обладает фермионным ядром, поэтому образует ферми-жидкость. Чтобы перевести ее в сверхтекучее состояние, необходимо охладить ее до 0,0025 кельвина, то есть на три порядка ниже. На микроскопическом уровне сверхтекучесть гелия-3 и гелия-4 крайне различаются.
Рожков объясняет, что в условиях низких температур и в сильном магнитном поле фермионы ведут себя так, словно у них нет спина. Это упрощает их моделирование без жертв точности.
«При достаточно низкой температуре все фермионы выстроят свои спины по полю. Тогда можно будет считать, что фермионы теряют спин, поскольку переворот спина требует слишком большой энергии. Конечно, в реальных веществах — это очень серьезное ограничение на температуру и силу магнитного поля. Однако подобное приближение достаточно распространено в качестве модели для первой попытки. Оно облегчает теоретический формализм, при этом не выбрасывает с водой и ребенка».
Получить новое состояние одномерной жидкости можно, по ранним предположениям, с использованием охлажденных до крайне низких температур атомов в магнитных ловушках — нормальная практика для квантовых манипуляций. Практическое применение открытия пока не обещает ничего интересного даже по мнению автора:
«Обычно в почти любой современной работе, как теоретической, так и экспериментальной, обещают приложения. Но на данном этапе я бы не слишком напирал на прикладные аспекты как моей, так и родственных работ. Я обнаружил экзотического мутанта, не похожего ни на что уже известное. А будет ли с этого прикладной навар, другой вопрос. В данный момент я думаю, что не будет».
С другой стороны, нельзя не отметить, что открытие Рожкова прокладывает путь к совершенно новому способу мышления в области физики элементарных частиц. И хотя автор не хочет рассуждать о возможности применения одномерной жидкости, само открытие может помочь в разработке космического лифта, для которого, как мы знаем, необходимо множество мелкоразмерных углеродных нанотрубок. В любом случае новое состояние вещества — это очень неплохая находка.