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光-物质混合系统中活跃的巨型量子旋涡揭示了复杂的物理现象

时间:2021-07-10 15:22:32 来源:cnBeta

原标题:光-物质混合系统中活跃的巨型量子旋涡揭示了复杂的物理现象 来源:cnBeta.COM

来自Skoltech的研究人员和他们来自英国的同事已经成功地在相互作用的偏振子凝聚物中创造了一个稳定的巨大漩涡,解决了量化流体动力学中的一个已知挑战。这些发现为创造独特结构的相干光源和探索独特极端条件下的多体物理学提供了可能性,这篇论文发表在《自然通讯》杂志上。

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在流体力学中,旋涡是流体围绕一个点(二维)或一条线(三维)旋转的区域;你显然在你的水槽中看到过的旋涡,或者在飞行时可能以湍流的形式感受到过。量子世界也有旋涡:量子流体的流动可以创造一个区域,在这个区域里粒子围绕着某个点持续旋转。这种量子漩涡的原型特征是其在漩涡核心的奇异相位。

斯克尔科技大学教授纳塔利娅·贝罗夫和帕夫洛斯·拉古达基斯及其同事研究了由极子 - 半光(光子)和半物质(电子)的奇特混合量子粒子在合适的条件下形成的旋涡。他们正在寻找一种方法,在这些具有高角动量值的偏振子流体中创造旋涡(即让它们快速旋转)。这些旋涡,也被称为巨型旋涡,一般来说是很难获得的,因为它们在其他系统中往往会分解成许多角动量低的小旋涡。

创造稳定的巨型旋涡表明,非平衡(开放)量子系统,如偏振子凝聚物可以克服其热力学平衡对应物的一些严重限制,如冷原子的玻色-爱因斯坦凝聚物。对量子流体涡度的控制可以为模拟微观世界的重力或黑洞动力学打开新的视角。此外,偏振子凝结物不断发射光子,这些光子携带着涡流的所有错综复杂的信息,这可能成为光学数据存储、分配和处理的重要应用。

研究人员一直致力于使用相互作用的偏振子凝聚物作为候选物来模拟一个被称为XY模型的平面矢量模型。他们意识到,当多个凝聚体被排列成一个具有奇数顶点的规则多边形时,整个系统的基态可以对应于沿多边形边缘的粒子电流。通过从三角形、五边形、七边形等等,电流旋转的速度越来越快,形成了一个角动量不同的巨大漩涡。

"沿着我们多边形的周边形成稳定的顺时针或逆时针的极子电流,可以被认为是凝结物之间几何挫折的结果。凝聚体之间的相互作用就像希望彼此反相的振荡器。但是一个奇数的多边形不能满足这种相位关系,因为它的旋转对称性,因此偏振子解决了下一个最好的东西,即旋转的电流,"第一作者TaMSIn Cookson说。

"这是一个非常好的示范,说明极子可以提供一个非常灵活的沙盒来探测自然界的一些更复杂的现象。我们在这里展示的是一个与黑洞有很多共同特征的系统,它仍然在发射,如果你愿意的话,也可以是一个白洞!" 拉古达基斯教授补充说。


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