• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Giant quantum tornados i ett hybridljussystem ger insikt i komplexa fysiska fenomen

    Upphovsrätt:Pixabay/CC0 Public Domain

    Forskare från Skoltech och deras kollegor från Storbritannien har lyckats skapa en stabil jättevirvel i interagerande polaritonkondensat, hantera en känd utmaning i kvantiserad vätskedynamik. Fynden öppnar möjligheter för att skapa unikt strukturerade sammanhängande ljuskällor och utforska fysik i många kroppar under unika extrema förhållanden. Tidningen publicerades i tidningen Naturkommunikation .

    I vätskedynamik, en virvel är ett område där en vätska kretsar runt en punkt (2D) eller en linje (3D); du har tydligt sett en i din diskbänk eller kan ha känt en i form av turbulens när du flyger. Kvantvärlden har också virvlar:Flödet av en kvantvätska kan skapa en zon där partiklarna kretsar ihållande runt någon punkt. Den prototypiska signaturen för sådana kvantvirvlar är deras singulära fas i virvelns kärna.

    Skoltechprofessorerna Natalia Berloff och Pavlos Lagoudakis och kollegor studerade virvlar skapade av polaritoner-udda hybridkvantpartiklar som är halvljus (foton) och halvmaterial (elektroner)-som bildar en kvantvätska under rätt förhållanden. De letade efter ett sätt att skapa virvlar i dessa polaritonvätskor med höga värden på vinkelmoment (dvs. få dem att rotera snabbt). Dessa virvlar, även känd som jättevirvlar, är i allmänhet mycket svåra att få tag på eftersom de tenderar att bryta sönder i många mindre virvlar med låg vinkelmoment i andra system.

    Att skapa stabila jättevirvlar visar att icke-jämvikts (öppna) kvantsystem, som polaritonkondensat, kan övervinna några allvarliga gränser för deras termodynamiska jämviktstyp, till exempel Bose-Einstein-kondensat av kalla atomer. Kontroll av kvantvätskans virvel kan ge nya perspektiv på analog simulering av tyngdkraften eller dynamiken i det svarta hålet i den mikroskopiska världen. Dessutom, polaritonkondensatet avger kontinuerligt fotoner som bär alla virvlans invecklingar som kan bli viktiga för optisk datalagring, distribution, och behandla ansökningar.

    Forskarna hade arbetat med att använda interagerande polaritonkondensat som kandidater för att simulera en plan vektormodell som kallas XY -modellen. De insåg att när flera kondensat anordnades i en vanlig polygon med ett udda antal hörn kan hela tillståndets grundtillstånd motsvara en partikelström längs polygonkanten. Genom att gå från en triangel, femkant, heptagon, och så vidare, författarna visade att strömmen roterade snabbare och snabbare, bildar en jättevirvel med varierande vinkelmoment.

    "Bildandet av stabilt medurs, eller motsols, polaritonströmmar längs omkretsen av våra polygoner kan tänkas som ett resultat av geometrisk frustration mellan kondensaten. Kondensaten interagerar som oscillatorer som vill vara i antifas med varandra. Men en udda polygon kan inte tillfredsställa denna fasrelation på grund av dess rotationssymmetri, och därför nöjer sig polaritonerna med det näst bästa som är en roterande ström, "säger författaren Tamsin Cookson.

    "Detta är en mycket trevlig demonstration av hur polaritoner kan ge en mycket flexibel sandlåda för att undersöka några av de mer komplexa fenomen i naturen. Det vi visar här är ett system som delar många egenskaper med ett svart hål, som fortfarande avger, ett vitt hål om du vill. ”tillägger professor Lagoudakis.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com