Förfall är obevekligt i den makroskopiska världen:Trasiga objekt passar inte ihop igen. Dock, andra lagar är giltiga i kvantvärlden:Ny forskning visar att så kallade kvaspartiklar kan förfalla och omorganisera sig igen och därmed bli praktiskt taget odödliga. Detta är goda förutsättningar för utveckling av hållbara dataminnen.

Som man brukar säga, inget varar för evigt. Fysikens lagar bekräftar detta:På vår planet, alla processer ökar entropin, alltså molekylär störning. Till exempel, ett krossat glas skulle aldrig sätta ihop sig igen.

Teoretiska fysiker vid tekniska universitetet i München (TUM) och Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems har upptäckt att saker som verkar ofattbara i vardagen är möjliga på mikroskopisk nivå.

"Tills nu, antagandet var att kvasipartiklar i interagerande kvantsystem förfaller efter en viss tid. Vi vet nu att det motsatta är fallet:Starka interaktioner kan till och med stoppa förfallet helt, "förklarar Frank Pollmann, Professor för teoretisk solid-state fysik vid TUM. Kollektiva gittervibrationer i kristaller, så kallade fononer, är ett exempel på sådana kvasipartiklar.

Begreppet kvasipartiklar myntades av fysikern och nobelprisvinnaren Lev Davidovich Landau. Han använde den för att beskriva kollektiva tillstånd av massor av partiklar eller snarare deras interaktioner på grund av elektriska eller magnetiska krafter. På grund av denna interaktion, flera partiklar fungerar som en enda.

Numeriska metoder öppnar nya perspektiv

Ända tills nu, det var inte känt i detalj vilka processer som påverkar ödet för dessa kvasipartiklar i interagerande system, "säger Pollmann." Det är först nu vi har numeriska metoder för att beräkna komplexa interaktioner och datorer med en prestanda som är tillräckligt hög för att lösa dessa ekvationer. "

"Resultatet av den genomarbetade simuleringen:Visserligen, kvasipartiklar förfaller, dock ny, identiska partikelentiteter kommer ut från skräpet, "säger huvudförfattaren, Ruben Verresen. "Om detta förfall fortskrider mycket snabbt, en omvänd reaktion kommer att inträffa efter en viss tid och skräpet kommer att konvergera igen. Denna process kan återkomma oändligt och en ihållande svängning mellan förfall och återfödelse uppstår. "

Ur fysisk synvinkel, denna svängning är en våg som omvandlas till materia, som, enligt kvantmekanisk våg-partikel dualitet, är möjligt. Därför, de odödliga kvasipartiklarna överträder inte termodynamikens andra lag. Deras entropi förblir konstant, förfallet har stoppats.

Realitetskontrollen

Upptäckten förklarar också fenomen som var förvirrande fram till nu. Experimentella fysiker hade mätt att den magnetiska föreningen Ba3CoSB2O9 är förvånansvärt stabil. Magnetiska kvasipartiklar, magnoner, är ansvariga för det. Andra kvasipartiklar, rotoner, se till att helium som är en gas på jordens yta blir en vätska vid absolut noll som kan flyta obegränsat.

"Vårt arbete är enbart grundforskning, "understryker Pollmann. Men det är fullt möjligt att resultaten en dag till och med tillåter applikationer, till exempel konstruktion av hållbara dataminnen för framtida kvantdatorer.