Mysteriöses Verhalten der Quantenflüssigkeit aufgeklärt, eine Weltneuheit

Anonim

In Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Osaka und der Universität Tokyo gelang es Forschern der Universität Osaka, durch präzise Messung der aktuellen Fluktuationen in Quantenflüssigkeiten in einem künstlichen Atom, das durch Nanotechnologie erzeugt wurde, das theoretisch vorhergesagte Verhalten von Quantenflüssigkeit in einem Nicht-Molekül aufzuklären Gleichgewichtsregime.

Quantenflüssigkeiten sind makroskopische Ensembles von wechselwirkenden Teilchen, die dicht genug sind, dass sich Quantenstatistiken manifestieren können. Für Fermionen ist bekannt, dass alle Quantenflüssigkeiten im Gleichgewicht innerhalb einer einzigen Theorie, der sogenannten Landau-Fermi-Flüssigkeitstheorie, beschrieben werden können. Die zentrale Idee ist, dass sie als ein Ensemble freier "Quasiteilchen" behandelt werden können. Dieser konzeptionelle Rahmen wurde auf viele physikalische Systeme angewendet, wie flüssiges Helium 3, normale Metalle, schwere Fermionen, Neutronensterne und kalte Gase, deren Eigenschaften im linearen Reaktionsbereich durch die Theorie erfolgreich beschrieben wurden. Nicht-Gleichgewichtseigenschaften jenseits dieses Regimes müssen jedoch noch etabliert werden und bleiben ein Schlüsselthema der Vielteilchenphysik.

Kensuke Kobayashi, Meydi Ferrier, Tomonori Arakawa, Tokuro Hata, Ryo Fujiwara an der Universität Osaka in Zusammenarbeit mit Akira Oguri an der Osaka City University und Rui Sakano an der Universität Tokio zusammen mit Raphaëlle Delagrange, Raphaël Weil und Richard Deblock am Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, Univ. Paris-Sud, Université Paris Saclay zeigen eine präzise experimentelle Demonstration der Landau-Fermi-Flüssigkeitstheorie, die auf das Nichtgleichgewichtsregime in einem 0-D-System erweitert wurde. Durch die Kombination von Transport- und empfindlichen Stromlärmmessungen haben sie die SU (2) - und SU (4) -Symmetrien der Quantenflüssigkeit in einem im Kondo-Regime abgestimmten Kohlenstoff-Nanoröhrchen identifiziert. Sie finden, dass, während der elektronische Transport gut durch das freie Quasiteilchenbild um das Gleichgewicht beschrieben wird, genau wie die Fermi-Flüssigkeitstheorie sagt, ein Zwei-Teilchen-Streuprozess aufgrund von Restwechselwirkung im Nichtgleichgewichtsbereich auftaucht. Das Ergebnis liefert in perfekter Übereinstimmung mit der Theorie einen starken quantitativen experimentellen Hintergrund für weitere Entwicklungen der Vielteilchenphysik. Darüber hinaus entdeckten sie ein neues Skalierungsgesetz für die effektive Ladung, das noch nicht bekannte Universalität im Nichtgleichgewichtsregime signalisierte.

Diese Errungenschaft wird einen neuen Weg eröffnen, Quanten-Vielteilchenphysik durch Fluktuationen zu erforschen, die auf festem Boden sogar außerhalb des Gleichgewichts jenseits der konventionellen Landau-Fermi-Flüssigkeitstheorie steht. Die neu entdeckte Universalität würde eine große theoretische Anstrengung auslösen.

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