Eksperimenteel te identifiseer effektiewe teorieë in baie-liggaam stelsels

Een doel van die wetenskap is om fisiese beskrywings van die natuur te vind deur die bestudering van hoe basiese stelsel komponente met mekaar. Vir komplekse baie-liggaam stelsels, is effektiewe teorieë dikwels gebruik vir hierdie doel. Hulle laat die interaksies te beskryf sonder om 'n stelsel op die kleinste skaal waarneem. Fisici het 'n nuwe metode wat dit moontlik maak om sulke teorieë eksperimenteel te identifiseer met behulp van quantum simulators ontwikkel.

Afleiding voorspellings oor fisiese verskynsels op die vlak van individuele deeltjies van 'n mikroskopiese beskrywing is bykans onmoontlik vir 'n groot stelsels. Dit geld nie net vir kwantummeganiese baie-liggaam stelsels, maar ook om die klassieke fisika, soos wanneer dit verhit water in 'n kookpot moet word beskryf op die vlak van die individuele watermolekules. Maar as 'n stelsel waargeneem op groot skaal, soos watergolwe in 'n pot, kan nuwe eiendomme onder sekere voorwaardes betrokke raak. Om so 'n fisika doeltreffend te beskryf, is effektiewe teorieë gebruik. "Ons navorsing wat daarop gemik is hierdie teorieë te identifiseer in eksperimente met die hulp van kwantum simulators," verduidelik Torsten Zache, die primêre skrywer van die teoretiese gedeelte van die studie. Quantum simulators word gebruik om baie-liggaam stelsels meer eenvoudig verander en om hul eiendomme te bereken.

Die Heidelberg fisici onlangs bewys dat hulle nuut ontwikkelde metode in 'n eksperiment op ultra rubidium atome, wat vasgevang word in 'n optiese trap en het uit balans. "In die scenario wat ons voorberei, die atome op te tree soos 'n klein magnete wie se geaardheid is ons in staat om presies te lees uit die gebruik van nuwe prosesse," volgens Maximilian Prüfer, die primêre skrywer op die eksperimentele kant van die studie. Om die effektiewe interaksie van hierdie bepaal "magnete," die eksperiment het 'n paar duisend keer, wat uiterste stabiliteit vereis herhaal word.

"Die onderliggende teoretiese konsepte in staat stel om die eksperimentele resultate in 'n heeltemal nuwe manier te interpreteer en sodoende kry insigte deur eksperimente in gebiede wat tot dusver ontoeganklik gewees deur teorie," punte uit prof Oberthaler. "Op sy beurt, kan dit vir ons oor nuwe vorme van teoretiese benaderings tot die suksesvolle beskryf die relevante fisiese wette in kompleks baie-liggaam stelsels," sê prof Berges. Die benadering wat gebruik word deur die Heidelberg fisici is oordraagbaar na 'n aantal ander stelsels, dus die opening van baanbrekerswerk grondgebied vir kwantum simulasies. Jürgen Berges en Markus Oberthaler is vol vertroue dat hierdie nuwe manier van die identifisering van effektiewe teorieë sal dit moontlik maak om fundamentele vrae in fisika beantwoord.

bron: University of Heidelberg. "Experimentally identifying effective theories in many-body systems: Heidelberg researchers develop new method and demonstrate its application in experiments." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200622133049.htm>.