幽灵般的量子粒子对像奇怪的曲线飞

在一项新的物理研究中描述的曲线棒球球场与量子粒子有着惊人的共同点 ，尽管后者飞得更加奇怪。

事实上， 根据乔治亚理工学院的理论物理学家的数学研究他们的飞行模式，称为费米子的超冷配对粒子 必须表现得比物理学家先前想象的更奇怪。飞行量子粒子已经因其古怪而闻名。

要理解为什么，从棒球的相似性开始，然后添加显着的差异。

投掷曲线球，改变投注或滑块时，投手会给棒球赋予旋转，动量和能量。Fermions的滑稽飞行同样由旋转，动量和能量雕刻而成，但也受到强大的量子怪癖的影响，如纠缠，阿尔伯特爱因斯坦曾称之为量子粒子之间的“远距离幽灵行动”。

在这项新研究中，研究人员甚至预测，粒子可以像不同的量子球一样被称为玻色子，以模仿光子或光粒子飞行的方式。这些超冷配对颗粒及其奇数飞行的简化说明如下。

光物质建模

这些影响结合在一起，为费米子提供了比任何棒球大师投手都更加奇怪的轨迹，新的研究将其映射出来并开辟了通过实验观察它的新方法。乔治亚理工学院的团队采取了另类方法，即将量子光学或类似光学的想法添加到他们对这些物质斑点的预测计算中，并获得了令人惊叹的，富有洞察力的结果。

“我们预测的粒子行为只是精神分裂症，” 佐治亚理工学院物理学院的校长和研究所教授兼FE Callaway Endowed主席Uzi Landman说 。

数学和理论细节可以在 物理评论A期刊中找到 ，Landman是第一作者，研究生助理Benedikt Brandt和资深科学家Constantine Yannouleas。他们的研究 由空军科学研究办公室资助。

飞行费米子解释道

跟踪量子曲线球本质上是违反直觉的，具有费米子，玻色子，自旋，怪异纠缠和粒子波二元性等概念。那么，让我们一步一步地了解它们和研究的见解。

球赛围绕费米子对。费米子可以是亚原子粒子或整个原子。在这种情况下，物理学家使用原子建模。

术语费米子是指粒子具有的量子统计特性，而不是其对应粒子的特性，称为玻色子，特别是粒子的自旋，对于费米子称为半整数，对于玻色子称为全整数。(这些旋转与球上的旋转不完全相同。有关更多信息，请参阅： Fermions和Bosons for Dummies。)

“光子和希格斯玻色子是玻色子的例子，”兰德曼说。“玻色子是合群的：两个或更多的玻色子可以分享完全相同的空间。这允许它们中的许多在相同的小点上相互叠加。“

“另一方面，费米子是冷漠的。他们声称拥有自己的空间，不与其他粒子共享。费米子可以相互堆叠，但不占据相同的空间。“

电子，质子，中子和一些原子是费米子的常见例子。

激光镊子棒球

理论研究设想两个费米子原子通过由交叉激光束制成的两对“镊子”彼此紧密相连，这在实际的物理实验中是如此。在该研究的理论设置中，激光和特殊磁场也将用于使费米子减速到接近停止，使它们在0.000000001开氏度或-273.15摄氏度(-459.67华氏度)下“超冷”。

这是一个高于绝对零度的条子，宇宙中可能的最低温度，以及冷做奇怪事物的粒子。

“粒子的运动通常是疯狂的，但是冷却使其减慢到几乎停滞不前，”兰德曼说，他也是 乔治亚理工学院计算材料科学中心的主任。“而且这些颗粒也具有波浪特性，在那个温度下，波长长得非常长。”

“波浪的大小变成了微米。这就像一块鹅卵石增长到这个国家的三分之一。当发生这种情况时，原子实际上在光学显微镜下变得可见。“

膨胀的尺寸使研究人员更容易知道两个粒子的起始位置。当他们关闭激光镊子时，费米子飞走了。粒子的波浪特性也与他们奇怪的飞行有很大关系。

“在某些情况下，运动中的粒子将充当抛射物。但在其他情况下，它会像波浪一样，“兰德曼说。“我们称之为量子世界的二元性。”

一起或分开

“如果你在不同的位置设置两个探测器，但距离粒子对的距离相同，那么两个探测器飞入同一个探测器的频率，或者它们飞入不同探测器的频率，对这些粒子的说法很多，”兰德曼说。“这就是我们奇怪的发现所在。”

预计费米子的飞行方式与玻色子不同，但理论物理学家对费米子的研究修正了这一观点。根据两个费米子在释放之前的量子纠缠程度和取决于它们的能量水平，它们可以像费米子一样起作用或 像玻色子一样 起作用。

“这为已经建立的精神分裂症粒子波二元性增添了新奇点，”兰德曼说。

“一对光子(玻色子)飞到同一个地方。他们保持一对，“兰德曼说。“它们是社会动物，你可以在一个探测器中找到它们，或者在另一个探测器中找到它们。我们称这种现象为“聚集”。

古怪的飞行路径

费米子经常被认为是相反的，被称为反聚束，但根据研究，它们如何飞行取决于它们是否具有幽灵般的相互作用，如果是，那么相互作用是否具有吸引力或令人厌恶。

“如果他们正在互动，并且根据起始能量水平，我们预测他们飞行时可能会做出奇怪的事情，”兰德曼说。“那是新的。”

“在基础能量水平，称为基态，我们的两个与超强排斥相互作用的费米子表现为fermionically，意味着它们相互避开。现在，如果它们与强烈的吸引力相互作用，它们会聚集玻色子的方式，“兰德曼说。“到目前为止，一切都如预期的那样。”

但是，通过额外的激光或磁场来提升被困粒子的能量水平或激发，似乎会增加粒子的怪异性。根据理论研究，激发水平可以扭曲相互作用对费米子飞行的规则。

例如，根据物理学家的计算，通常与强排斥相互作用相关的上述费米子行为可能会变成玻色子。换句话说，这两个粒子将像玻色子一样飞向同一个探测器。

有序的量子精神分裂症

“就像所有这些看起来一样疯狂，这些行为似乎有很强的可靠性，甚至可以预测和实际操纵，”兰德曼说。

研究表明，与一个投掷螺旋球道的投手一样，物理学家可以使用量子力学公式，先进的计算模拟和实验来确定费米子的奇怪飞行 。

“看起来你甚至可以设计出这种量子怪异所做的事情，”兰德曼说。“如果你可靠地了解粒子状态，你可以将它们用作量子计算和信息存储和检索的资源。”