Allt behöver inte ses för att kunna tros; vissa saker hörs lättare, som ett tåg som närmar sig sin station. I en nyligen publicerad artikel, publicerad i Physical Review Letters , har forskare lagt öronen på skenan och upptäckt en ny egenskap att sprida amplituder baserat på deras studie av ljudvågor genom fast materia.

Oavsett om det är ljus eller ljud, fysiker överväger sannolikheten för partikelinteraktioner (ja, ljud kan bete sig som en partikel) i termer av sannolikhetskurvor eller spridningsamplituder. Det är allmänt känt att när rörelsemängden eller energin för en av de spridda partiklarna går till noll, bör spridningsamplituderna alltid skalas med heltalspotenser av rörelsemängd (dvs. p ¹ , p ² , p ³ , etc.). Vad forskargruppen fann var dock att amplituden kan vara proportionell mot en bråkdeleffekt (dvs p ^1/2 , p ^1/3 , p ^1/4 , etc.).

Varför spelar detta roll? Medan kvantfältsteorier, som standardmodellen, tillåter forskare att göra förutsägelser om partikelinteraktioner med extrem noggrannhet, är det fortfarande möjligt att förbättra nuvarande grunder för grundläggande fysik. När ett nytt beteende påvisas – till exempel bråkskalning – ges vetenskapsmän en möjlighet att se över eller revidera befintliga teorier.

Detta arbete, utfört av Angelo Esposito (Institutet för avancerade studier), Tomáš Brauner (Universitetet i Stavanger) och Riccardo Penco (Carnegie Mellon University), överväger specifikt interaktionen mellan ljudvågor i fasta ämnen. För att visualisera detta koncept, föreställ dig ett träblock med högtalare placerade i båda ändar. När högtalarna väl är påslagna möter två ljudvågor – fononer – varandra och sprids, liknande kollisioner i en partikelaccelerator. När en högtalare justeras till en viss gräns, så att fononens momentum är noll, kan den resulterande amplituden vara proportionell mot en bråkdeleffekt. Detta skalningsbeteende, förklarar teamet, är sannolikt inte begränsat till fononer i fasta ämnen, och dess igenkänning kan hjälpa studien av spridningsamplituder i många olika sammanhang, från partikelfysik till kosmologi.

"De detaljerade egenskaperna hos spridningsamplituder har nyligen studerats med stor kraft," sade Esposito. "Målet med detta breda program är att klassificera möjliga beteendemönster för spridningsamplituder, för att både göra några av våra beräkningar mer effektiva och mer ambitiöst att bygga nya grunder för kvantfältteorin."

Feynman-diagram har länge varit ett oumbärligt verktyg för partikelfysiker, men de har vissa begränsningar. Till exempel kan beräkningar med hög noggrannhet kräva att tiotusentals Feynman-diagram matas in i en dator för att beskriva partikelinteraktioner. Genom att få en bättre förståelse för spridningsamplituder kan forskare lättare fastställa partikelbeteende snarare än att förlita sig på Feynman-diagrammets uppifrån-och-ned-metoden, vilket förbättrar effektiviteten i beräkningarna.

"Det aktuella arbetet avslöjar en vändning i berättelsen, som visar att den kondenserade materiens fysik visar mycket rikare fenomenologi av spridningsamplituder än vad som tidigare setts i fundamental, relativistisk fysik," tillade Esposito. "Upptäckten av skalning med fraktionerad effekt inbjuder till ytterligare arbete med att sprida amplituder av kollektiva svängningar av materia, vilket placerar fasta ämnen i fokus." + Utforska vidare

Skapa nya vägar inom partikelfysik