Kibble-Zurek (KZ) mexanizmi fiziklər Tom Kibble və Wojciech Zurek tərəfindən təqdim edilən nəzəri çərçivədir. Bu çərçivə sistemlər qeyri-tarazlıq faza keçidlərindən keçərkən topoloji qüsurların əmələ gəlməsini mahiyyətcə təsvir edir.

Seul Milli Universitetinin və Koreyanın Əsas Elmlər İnstitutunun tədqiqatçıları bu yaxınlarda homogen və güclü qarşılıqlı təsir göstərən Fermi qazında KZ miqyasının həddindən artıq mayeyə çevrildiyini müşahidə etdilər.

Onların “Nature Physics” jurnalında dərc olunmuş məqalələri bu uzun müddətdir davam edən fizika çərçivəsini araşdırmaq üçün əlavə eksperimental səylərə yol aça bilər.

Phys.org-a məqalənin həmmüəllifi Kyuhvan Li deyib: “Həddindən artıq axıcılıq və super keçiricilik təxminən bir əsrdir ki, fizikləri valeh edib”. “Onlar geniş miqyasda kvant mexanikasının gözəl təzahürləridir.

“Açıq şəkildə desək, kifayət qədər soyuq olan çoxlu qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklərimiz olduqda, onlar heç bir müqavimət göstərmədən kollektiv şəkildə axa bilər. Bundan sonra ortaya çıxan təbii sual, super mayelərin necə doğulduğu və normal fazadan (onlar ilə axdığı) keçid zamanı nə baş verməsidir. Əksər adi mayelər kimi) həddindən artıq maye fazasına müqavimət?

1980-ci illərdə Zurek Kibble-ın son kosmoloji çərçivələrindən ilham alaraq bu maraqlı tədqiqat sualını eksperimental şəkildə həll etməyə başladı. Zurek təklif etdi ki, fiziki sistemin faza keçidinin qalıqlarının həddindən artıq mayeyə çevrilməsinin tədqiqi ifrat mayelərin necə əmələ gəldiyinə dair maraqlı fikirlər toplayacaq.

“Təcrübəmizin kontekstində qalıqlar kvant burulğanlarıdır, kvantlaşdırılmış bucaq impulsu olan burulğanlı axındır” dedi Li. “İndi KZ miqyası kimi tanınan mərkəzi proqnoz ondan ibarətdir ki, kvant burulğanlarının sayı həddindən artıq maye faza keçidindən nə qədər sürətlə keçdiyinizə görə güc qanunu kimi ölçülməlidir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1724162092&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-physicists-successfully-kibblezurek-scaling-atomic.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy4xMjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl1dLDBd&dt=1724161222353&bpp=2&bdt=975&idt=1352&shv=r20240815&mjsv=m202408130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724161903%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724161903%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C1519x695&nras=2&correlator=6432302992428&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2183&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759875%2C44759926%2C44759842%2C42531705%2C95334528%2C95334829%2C95338229%2C31086175%2C31086140&oid=2&pvsid=2232935430254309&tmod=1966423233&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

“Faza keçidindən nə qədər tez keçsəniz, həddindən artıq mayenin sistem parametrlərinin xarici dəyişikliklərinə uyğunlaşması üçün daha az vaxt tələb olunduğuna görə bir o qədər çox kvant burulğanı əldə edirsiniz.”

KZ miqyası super mayelər, ferroelektriklər, superkeçiricilər, ion tələləri və Rydberq atom massivləri daxil olmaqla geniş sistemlər üçün tətbiq oluna bilsə də, indiyə qədər ilk növbədə bu sistemlərin bəzilərində müşahidə edilmişdir. Lee və onun həmkarları tərəfindən aparılan tədqiqatın əsas məqsədi Fermi super mayesində KZ miqyasını müşahidə etmək idi ki, bu da indiyə qədər xüsusilə çətin olduğunu sübut etmişdir.

“Burada əsl zərbə ondan ibarətdir ki, biz iki fərqli idarəetmə düyməsi kimi həm temperatur, həm də qarşılıqlı təsir gücündən istifadə edərək proqnozlaşdırılan KZ miqyasını müşahidə etdik” dedi.

Tədqiqatçılar tərəfindən istifadə edilən nümunə son dərəcə aşağı temperaturlara (yəni, bir neçə onlarla nano Kelvin) qədər soyudulmuş ⁶ Li atom bulududur . Onların nümunəsi məkan işıq modulatorundan (SLM) istifadə edərək yaratdıqları unikal konfiqurasiyaya sahib idi. Onun konfiqurasiyası disk həndəsəsi və diametri təxminən 350 um olan fəza baxımından vahid atom buludundan ibarət idi.

Li izah etdi: “KZ miqyaslı davranışını müşahidə etmək üçün bizə böyük bir sahəyə malik məkan baxımından vahid nümunə lazım idi”. “O, vahid olmalıdır, çünki biz super maye faza keçidinin bütün nümunədə eyni vaxtda baş verməsini istəyirdik.

“Əgər nizamsızlıqlar varsa, faza keçidləri müxtəlif yerlərdə müxtəlif vaxtlarda baş verir ki, bu da müşahidələri nəzəri proqnozlarla müqayisə etməyi çətinləşdirir. Biz də bunun böyük olmasını istəyirdik ki, çoxlu kvant burulğanlarını müşahidə edək və sonlu ölçülü təsirlərdən qaçaq. “

Tədqiqatçıların öz eksperimentlərini tərtib edərkən nəzərə aldıqları daha bir mühüm amil onların eksperimental sistemlərində qarşılıqlı əlaqənin tənzimlənməsi idi. Atomlararası qarşılıqlı təsirləri tənzimləmək üçün onlar buludlarında ⁶ Li atomları arasında sözdə maqnit Feşbax rezonansından istifadə etdilər .

“Bu, bizi yalnız temperaturdan idarəetmə düyməsi kimi istifadə etmək əvəzinə, həddindən artıq maye faza keçid dinamikasını araşdırmaq üçün başqa bir vasitə ilə təchiz etdi” dedi Li. “Bu həyəcanverici vasitələrlə silahlanmış, biz dəyişən sürətlə həddindən artıq maye faza keçidində temperaturu və ya qarşılıqlı təsir gücünü söndürdük.”

Sistemlərinin temperaturunu və ya atomlar arasında qarşılıqlı təsirin gücünü dəyişdirmələrindən asılı olmayaraq, Li və onun həmkarları geniş dinamik diapazonda nümunələrində eyni (yəni universal) KZ miqyası davranışını müşahidə etdilər. Beləliklə, onların araşdırması, əvvəllər çətin olaraq qalan superfluiddə KZ miqyasının uğurlu müşahidəsini təmin etdi.

^{“Fövqəladə maye sisteminin başqa bir nümunəsi olan 4} He mayesində , faza keçid dinamikasının tipik vaxt cədvəli adi mexaniki təzyiq söndürmələri ilə sadəcə əlçatmaz idi” dedi Li.

“Maye ³ He-də sürətli nüvə reaksiyaları ilə mümkün olan kvant burulğanının yaradılmasının imzaları var idi. Lakin bir çox naməlum amillər KZ miqyası ilə birbaşa müqayisəni çətinləşdirdi.

“Həddindən artıq soyuq atom qazlarında, kvant burulğanlarının kortəbii əmələ gəlməsini yoxlamaq və statik və dinamik miqyaslama xüsusiyyətlərini açmaq üçün vacib iş var, lakin tipik nümunə konfiqurasiyası KZ miqyaslı davranışını ələ keçirməyi çətinləşdirdi.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=2053027255&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1724162242&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-physicists-successfully-kibblezurek-scaling-atomic.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy4xMjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl1dLDBd&dt=1724161222355&bpp=2&bdt=976&idt=1574&shv=r20240815&mjsv=m202408130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724161903%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724161903%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C1519x695%2C540x135%2C1005x124&nras=3&correlator=6432302992428&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=4598&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=1818&eid=44759875%2C44759926%2C44759842%2C42531705%2C95334528%2C95334829%2C95338229%2C31086175%2C31086140&oid=2&psts=AOrYGsmJE5xIrj59YOBv8z16Jv4RPWu160HG5pvyWazAECxd8ucXbVhw8WKFmFgsIKYX9SMQTi6XGkd51E2ltXA3-jFjMf7VMGrR0iCq9cM2lPzU3DuK6g%2CAOrYGsk7MDsfdRlkMIKREp9WsktVar9WNNrlpPolUI5vxtWIcSxy3WTLx4cR0u5M2YdA7anFfMDt5jYLdxNC2GoY_8pCSfxf&pvsid=2232935430254309&tmod=1966423233&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2F&fc=1920&brdim=-1%2C-1%2C-1%2C-1%2C1536%2C0%2C1538%2C818%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

Bu tədqiqatçılar qrupunun son işi superfluidlərdə KZ miqyasının öyrənilməsinə əhəmiyyətli töhfədir. Onun ən diqqətəlayiq nailiyyəti, komandanın öz nümunələrində temperatur və ya qarşılıqlı təsirləri manipulyasiya etməsindən asılı olmayaraq, eyni miqyaslı davranışın müşahidə edilməsi idi.

“Hazırda hətta bakalavr Statistik Mexanika kurslarında öyrədilən universallıq anlayışı bizə ağılları çaşdıran mürəkkəb sistemləri çox “iqtisadi” şəkildə anlamağa imkan verir” dedi Li. “Belə mürəkkəb faza keçid dinamikasında ümumi xüsusiyyəti ayırd edə bilməyimiz həqiqətən heyrətamizdir.”

Növbəti araşdırmalarında Li və həmkarları təcrübələri zamanı müşahidə etdikləri davranışları KZ mexanizmi ilə izah edilə bilməyən davranışları daha da araşdırmağı planlaşdırırlar. Onların gələcək səyləri Fermi super mayelərində qeyri-tarazlıq faza keçidi dinamikasının anlaşılmasını daha da gücləndirərək əlavə dəyərli müşahidələrə səbəb ola bilər.

“Sürətli söndürmələr üçün biz həm temperatur, həm də qarşılıqlı təsir söndürmələri üçün KZ miqyaslı davranışdan sapma müşahidə etdik” deyə Li izah etdi. “Bunu izah etmək üçün mümkün ssenarilərdən biri sözdə erkən kobudlaşmadır.

“Sadə dillə desək, erkən qabalaşma onu göstərir ki, ilkin (və ya erkən) həddindən artıq maye artım dinamikası sürətli söndürmələr üçün kvant burulğanlarının əmələ gəlməsini boğur. Faza uyğunluğunu ölçmək üçün interferometriya üsullarından istifadə edərək, indi qabalaşma dinamikasının burulğanlara necə uyğun gəldiyini araşdırmaq maraqlı olardı. şəkil.”

Daha çox məlumat: Kyuhwan Lee et al, Universal Kibble-Zurek scaling in an atomic Fermi superfluid, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02592-z

Jurnal məlumatı: Təbiət Fizikası