Нарушение симметрии в квантовом мире.

Впервые исследователи наблюдали разрыв в единой квантовой системе. Наблюдение — и то, как оно было совершено – может иметь последствия для физики за пределами стандартного понимания взаимодействия квантовых частиц, да и мира в целом.

Исследователи опубликовали свои результаты 31 мая в журнале Science.

Математический термин «пространственно-временная симметрия» (PT), описывает свойства квантовой системы — эволюцию времени для квантовой частицы, а также, является ли частица четной или нечетной. Независимо от того, движется ли частица вперед или назад во времени, квантовое число или четность остается неизменной в равновесной системе. Когда изменяется четность, баланс системы — симметрия системы — нарушается.

Чтобы лучше понять квантовые взаимодействия и разработать устройства следующего поколения, исследователи должны иметь возможность контролировать симметрию систем. Если они смогут нарушить симметрию, то возможным станет и манипулирование состоянием вращения квантовых частиц по мере их взаимодействия. Как следствие — контролируемые и предсказуемые результаты.

«Наша работа посвящена квантовому контролю», — рассказал Ян Ву, автор статьи и доктор философии, сотрудник Национальной лаборатории физических наук Хэфэй и студент Китайского университета науки и технологии. Ву также является членом Ключевой лаборатории микромасштабного магнитного резонанса Академии наук Китая.

Ву, его руководитель Ронг и их коллеги использовали азотно-вакансионный дефект в алмазе в качестве своей платформы. Атом азота с дополнительным электроном, окруженный атомами углерода, создает идеальную капсулу для дальнейшего исследования PT-симметрии электрона. Электрон представляет собой систему с одиночным спином, а значит, исследователи могут управлять всей системой, просто изменяя эволюцию спинового состояния электрона.

Посредством того, что Ву и Ронг называют методом дилатации, исследователи приложили магнитное поле к оси азотно-вакансионного центра, переводя электрон в возбужденное состояние. Затем они использовали колебательные микроволновые импульсы, изменяя четность и направление по оси времени и вызывая разрушение системы и затухание.

«Благодаря универсальности нашего метода расширения и высокой управляемости платформы, эта работа прокладывает путь для экспериментального изучения некоторых новых физических явлений, связанных с симметрией», — объяснил Ву.

«Информация, извлеченная из такой динамики, расширяет и углубляет понимание квантовой физики», — сказал Ду, который также является академиком Академии наук Китая. «Работа открывает двери для изучения физики с неклассическими квантовыми системами».

Источник: Yang Wu et al, Observation of parity-time symmetry breaking in a single-spin system, Science (2019). DOI: 10.1126/science.aaw8205

Оставьте комментарий:

Ваш e-mail не будет опубликован.