Два физика в Национальной лаборатории Аргонна американского Министерства энергетики внесли предложение метод математически обрисовать конкретное явление физики, названное переходом фазы в совокупности из равновесия. Такие явления центральные в физике, и осознающий, как они происходят, была продолжительно проводимая и раздражающая цель; их связанные эффекты и поведение главные для открытия возможностей для других технологий и новой электроники нового поколения.
В физике «равновесие» относится к стране, в то время, когда объект не находится в движении и не имеет никакой энергии, текущей через него. Как Вы имели возможность бы ожидать, большая часть отечественных судеб происходит вне этой страны: мы всегда перемещаем и вызываем другие вещи переместиться.«Ливневой дождь, данный поклонник вращения, эти совокупности – все из равновесия», сообщил соавтор изучения Valerii Vinokur, Аргонн член и Выдающийся Товарищ совместного Университета Вычисления Аргонна-Чикагского-университета. «В то время, когда совокупность находится в равновесии, мы знаем, что это неизменно в его самой низкой энергетической конфигурации, но для неравновесия не работает данный фундаментальный принцип; и отечественная свойство обрисовать физику таких совокупностей весьма ограничена».
Он и соавтор Алексей Гальда, ученый с Аргонном и Университетом Джеймса Франка Университета Чикаго, трудились над методами обрисовать эти совокупности, в особенности те, каковые подвергаются переходу фазы – такие как момент на протяжении грозы, в то время, когда различие в обвинении между наземными подсказками и облаком через чур высоко и ударом молнии происходит.Они нашли собственный новый подход к неравновесной физике в новом отделении квантовой механики. На языке квантовой механики энергия совокупности представлена тем, что именуют гамильтоновым оператором. Традиционно, квантовая механика думала, что оператор, дабы воображать совокупность не имеет возможности содержать мнимые числа, в случае если это означало бы, что энергия не выходит как «настоящая» и хорошая цена – по причине того, что совокупность в действительности существует в конечном итоге.
Это условие именуют Hermiticity.Но физики бросали более тяжёлый взор на операторов, каковые нарушают Hermiticity при помощи мнимых компонентов, сообщил Винокур; пара таких операторов нашли, пара лет назад сейчас активно применяются в квантовой оптике.«Мы увидели, что такие операторы – прекрасный математический инструмент, дабы обрисовать процессы из равновесия», сообщил он.
Дабы обрисовать переход фазы, Голда и Винокур выписали гамильтонову оператору, ввел приложенную силу, дабы вынуть его из равновесия, и после этого они сделали силу мнимой.«Это – уловка, которая незаконна с любой точки зрения здравого смысла; но мы видели, что эта комбинация, энергия плюс мнимая сила, превосходно математически обрисовывает динамику совокупности с трением», сообщил Винокур.
Они применили уловку, дабы обрисовать другие переходы фазы из равновесия, такие как динамический переход Мотта и совокупность вращения, и видели результаты, согласованные либо с замечаемыми опытами либо с моделированиями.В их последней работе они соединили собственный описание с операцией, названной преобразованием Mobius, которое появляется в отрасли математики, названной топологией. «Мы можем осознать неравновесные переходы сейчас как топологические переходы в течение энергии», сообщил Голда.
Эта часть квантового вреда должна быть осознана более глубоко, они сообщили, но полезны все равно; теория обрисовывает главные области физики, каковые весьма занимательны для разработки электроники нового поколения.«На данный момент сообщение с топологией похожа на математический леденец, прекрасная вещь, которую мы еще не можем применять, но мы знаем из истории, что, в случае если математика достаточно красива, весьма не так долго осталось ждать ее практические последствия следуют», сообщил Винокур.