Ett team av forskare från flera institutioner i Tyskland och Österrike har utvecklat ett sätt att direkt observera dynamiska kvantfasövergångar i ett samverkande mångkroppssystem. I deras tidning publicerad i tidningen Fysiska granskningsbrev , teamet beskriver att skapa en unik ultrakall miljö som gjorde det möjligt att se kvantfasövergången.

Fasövergångar är vanliga i den observerbara världen - vatten blir till is, till exempel. De flesta av dessa typer av övergångar sker till följd av temperaturförändringar. Men fysiker vet att det kan finnas andra typer av övergångar som uppstår på grund av förändringar i energi, som berömt har beskrivits av Heisenbergs osäkerhetsprincip. För att utföra experiment utformade för att testa sådana övergångar, forskare måste vanligtvis utsätta dem för nästan absoluta nollförhållanden för att förhindra att termiska fluktuationer orsakar störningar. I sådana experiment, tid blir den viktigaste övergångsfaktorn, snarare än temperatur.

Tillbaka 2013, ett team av teoretiska fysiker noterade att det tycktes finnas likheter mellan evolutionoperatorn och partitionsfunktionen. Den roll som tiden spelade i utvecklingen av ett termiskt isolerat kvantsystem, de visade, var lika med den omvända temperaturen i ett system som var i termisk jämvikt. Deras beräkningar visade att ett kvantsystem skulle kunna gå igenom tillståndsförändringar som var likartade till fasövergångar. I denna nya insats, forskarna har bevisat att denna teori stämmer genom att skapa en modifierad tvärfält Ising-modell och manipulera snurrningen av joner som hålls i en ultrakyld miljö.

Mer specifikt, laget fångade strängar av 10 kalcium-40 joner med hjälp av ett magnetfält i en frys där temperaturen sänktes till nära absolut noll. I början, snurrarna var alla inställda på att peka i samma riktning. Laget ändrade sedan slumpmässigt spinntillstånden för var och en, tar systemet ur jämvikt, och observerade vad som hände - teorin hade förutsett att systemet skulle utvecklas tillbaka över tiden till en punkt där alla snurr återigen var inriktade; laget rapporterar att spin-poängen inträffade vid de tidpunkter som hade förutspåtts, bevisar att teorin stämmer.

Man tror att bekräftelse av teorin kommer att leda till en bättre förståelse av kvantämnesbeteende och särskilt fasövergångar.

© 2017 Phys.org