Автоперевод GO0GLE Zitterbewegung: JQI рецензия
Опубликовано 2013/10/10 Яна SpielmanIan Шпильман
Fig_Zitter_JQI_art С. Келли из JQI сделал очень приятный сценарий с удивительным оформлением для бумаги Линдси в Zitterbewegung следующим образом: В «Гарри Поттер и философский камень» (JK Rowling, 1997) Гарри, Рон и Гермиона сталкиваются с массивной каменной шахматной доской, одной из многих препятствий на своем пути. Чтобы продвигаться вперед, они должны играть и побеждать. Хотя доска и куски намного больше, чем обычно, и обстоятельства немного странные, одно остается для них ясным - это игра в шахматы с теми же правилами, что и всегда. Подобно тому, как Роулинг создала фантастическую шахматную доску для своих героев, ученые тоже могут изменять размер и форму доски и фигуры: если игра воспроизводится по тем же правилам, принципиальной разницы нет. Этот подход лежит в основе квантового моделирования. Чтобы получить представление о недоступных явлениях, исследователи моделируют неуловимые квантовые системы с контролируемыми лабораториями, которые имеют такую же математическую форму, что и исходная физическая система. Недавно группа JQI использовала этот метод для моделирования движения свободного электрона, известного как zitterbewegung, путем сборки аналоговой системы нейтральных атомов в конденсате Бозе-Эйнштейна. Дрожащие атомы
Кратко называемый «zitter» (а часто и более сокращенный «ZBW»), zitterbewegung - это сверхбыстрое дрожащее движение, ожидаемое для электронов (и других фермионов), движущихся со скоростью света. Это своеобразное движение предсказывается уравнением Дирака, описывающим релятивистское движение (вспомните специальную теорию относительности Эйнштейна) в рамках квантовой механики. Один из величайших парадоксов современной физики состоит в том, что наше описание Вселенной имеет два набора правил, общую теорию относительности для очень большой и квантовой механики для очень малых. В то время как это работает на практике, это не дает очень приятной картины реальности - в конце концов, вселенная, безусловно, кажется последовательной во всех масштабах. Хотя между специальной теорией относительности и квантовой механикой (в форме уравнения Дирака) существует хорошо увязанная связь, еще не понято, как примирить вероятностную структуру квантовой механики с классической механикой общей теории относительности. Рассматривая, где релятивистские эффекты смешиваются с квантовыми, как с zitterbewegung, может предложить глубокое понимание единой картины. К сожалению, zitterbewegung особенно непригоден для лабораторного исследования: этот колчан совершается раз в тридцать раз в секунду, поистине ошеломляющая частота (один sextillion = одна миллиард миллиардов!) И слишком быстрый, чтобы иметь надежду на непосредственное наблюдение. Чтобы исследовать zitter, исследователи должны обменять релятивистский электрон на что-то, что колеблется более степенно. Команда JQI начала с захвата атомов рубидия и охлаждения их с образованием конденсата Бозе-Эйнштейна (BEC). Внутри ловушки облако атомов может существовать в стабильных статических состояниях. Путем сияния лазерного излучения на облаке исследователи помещают БЭК в квантовомеханическую смесь этих состояний, в данном случае это «суперпозиция» одного спинового состояния, движущегося с положительным импульсом, и второго спинового состояния, движущегося с равным и противоположным импульсом. Когда эти лазеры были выключены, облако клочалось взад-вперед, колеблясь на несколько тысяч герц - для сравнения, надоедливая не-ви-ум (мошка-муха) взмахивает крыльями примерно тысячу раз в секунду, тысячу герц и Этот относительно медленный темп позволил исследователям существенно сфотографировать БЭК, когда он пересек ловушку. На языке атомной физики это движение между состояниями является колебанием Раби, следствием изначально размещения системы в двух состояниях одновременно. Аналогично, zitterbewegung происходит для релятивистского электрона, потому что он находится в смеси состояний, колеблющихся между ними. Фактически, электрон можно описать как дрожащий из-за интерференции между частичным и античастичным состояниями - материей и антивеществом! Будущие симуляторы
Всегда прямой, Ричард Фейнман закончил свое предложение 1981 года для квантовых компьютеров, воскликнув: «Природа не классическая, черт возьми, и если вы хотите сделать симуляцию природы, вам лучше сделать ее квантовомеханической [!]». Он предвосхитил «универсальный» квантовый симулятор, возможно, сделанный из «небольших решеток спинов и других вещей», которые, если подправлять правильно, могли бы имитировать любую квантовую систему. Квантовое моделирование часто рассматривается как «младший брат» квантовых вычислений, специализированное подмножество того, что может сделать квантовый компьютер общего назначения. Однако появление общего квантового компьютера скорее всего не сделает квантовое моделирование несущественным - эти два подхода вполне совместимы. Несмотря на гибкость, квантовый компьютер может быть тупым инструментом по сравнению с специально спроектированным симулятором: он может свободно выбирать свои собственные элементы, а не ограничивается архитектурой квантового компьютера, поэтому исследователи могут адаптировать моделирование для удовлетворения своих потребностей. Используя ультрахолодные атомы, исследовательская группа могла непосредственно наблюдать дрожь. В то время как шкалы времени были значительно медленнее электронов, движение частиц является реальным и не моделируется. В частности, в предыдущих работах, в которых использовались ионы и фотоны, частицы Дирака не были представлены самими частицами системы. Но, как всегда, математика - это наш язык для описания Вселенной, и если две системы эквивалентны математически, они могут отображать одни и те же физические явления. Независимо от используемого подхода, поскольку квантовые симуляторы уточняются, все более и более странные, экзотические вещества вселенной будут доступны для изучения.
Эта история была написана С. Келли, JQI.
См. Больше на: http://jqi.umd.edu/news/simulation-sets-atoms-shivering#sthash.JLHRYhWJ.dpuf Опубликовано в Новости группы, публикации опубликованы, RbK
Заменил автоперевод на перевод Googl-переводчиком, разница не велика, но "понятность" возрастает. В принципе всё то же самое, даже в историческом плане.
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]
Озарение.
0
