Квантовый парадокс: как частицы «проходят сквозь стены»

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Квантовая механика — это наука, изучающая мир на уровне атомов и субатомных частиц. Она полна странностей и парадоксов, которые кажутся невозможными в нашем привычном макроскопическом мире. Один из таких парадоксов — квантовое туннелирование, когда частица может «проходить сквозь стены», то есть преодолевать энергетические барьеры, которые, согласно классической физике, непреодолимы.

Автор: Designer

Недавно исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили, что квантовое туннелирование может играть важную роль в поведении не только отдельных частиц, но и больших групп атомов. В своей работе, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, они изучали намагничивание ферромагнитных материалов, таких как железо.

В этих материалах электроны, вращающиеся вокруг атомных ядер, ведут себя как крошечные магниты. Обычно эти магниты ориентированы хаотично, но под действием внешнего магнитного поля они выстраиваются в одном направлении, и материал намагничивается.

Этот процесс происходит не мгновенно, а скорее напоминает лавину: сначала одна группа атомов меняет свою ориентацию, затем следующая, и так далее, пока весь материал не станет намагниченным.

Ранее считалось, что этот процесс происходит исключительно за счет тепловой энергии, которая позволяет атомам «перепрыгивать» через энергетические барьеры. Однако новое исследование показало, что квантовое туннелирование может играть решающую роль в этом процессе.



Ферми-поверхностная и циклотронная орбиты двух наложенных друг на друга взаимных решеток. (A) Рассчитанная парамагнитная зонная структура Cr, состоящей из замкнутых октаэдрических и эллипсоидальных форм дырочных и электронных карманов, аналогична таковым у Mo и W. (B) Схема октаэдрических поверхностей Ферми дырки (черная) и электронной (синяя), спроецированных на плоскость a-b. Их параллельные поверхности сопоставляются через вложенный волновой вектор Q. (C) При формировании состояния SDW дальний антиферромагнитный порядок вводит второй набор реципрокных решеток, основой которых служит волновой вектор Q. Q соединяет фрагментированные электронные и дырочные поверхности Ферми в исходной ионной обратной решетке в непрерывные формы на панелях (D) и (E). (D) Под полем носители движутся по
Ферми-поверхностная и циклотронная орбиты двух наложенных друг на друга взаимных решеток. (A) Рассчитанная парамагнитная зонная структура Cr, состоящей из замкнутых октаэдрических и эллипсоидальных форм дырочных и электронных карманов, аналогична таковым у Mo и W. (B) Схема октаэдрических поверхностей Ферми дырки (черная) и электронной (синяя), спроецированных на плоскость a-b. Их параллельные поверхности сопоставляются через вложенный волновой вектор Q. (C) При формировании состояния SDW дальний антиферромагнитный порядок вводит второй набор реципрокных решеток, основой которых служит волновой вектор Q. Q соединяет фрагментированные электронные и дырочные поверхности Ферми в исходной ионной обратной решетке в непрерывные формы на панелях (D) и (E). (D) Под полем носители движутся по «банановой» орбите «c-c′-d′-d-c», так как кончики электронного и дырочного октаэдров не аннигилируются условием вложенности. (E) Еще одна «треугольная» орбита образуется, когда две части большой дырочной дуги (a'-b') и малой электронной дуги (a-b) соединяются в замкнутый контур «b-a-a′-v-b′-b». Здесь две дуги отверстий «a′-b′» относительно смещены на 2Q, и в точке пересечения полосы v открывается разрыв. Полная суперпозиция двух взаимных решеток создала бы открытую орбиту " …v-v-v-v-v… «
Автор: Yejun Fengyejun, Yishu Wang, T. F. Rosenbaum, P. B. Littlewood, and Hua Chen Edited by J.C. Davis, University of Oxford, Oxford, United Kingdom; received September 11, 2023; accepted January 4, 2024 https://doi.org/10.1073/pnas.2315787121 Источник: www.pnas.org

Более того, ученые обнаружили эффект «ко-туннелирования», когда группы электронов «общаются» друг с другом и синхронно меняют свою ориентацию. Это говорит о том, что квантовые эффекты могут проявляться не только на уровне отдельных частиц, но и в макроскопических масштабах.

Это открытие имеет большое значение для фундаментальной физики, поскольку оно позволяет нам лучше понять, как квантовая механика влияет на наш мир. Кроме того, оно может иметь и практические приложения, например, в создании новых типов квантовых датчиков и электронных устройств.

Квантовая механика — это не просто абстрактная теория, она лежит в основе многих современных технологий, таких как лазеры, компьютеры и смартфоны. Новые открытия в этой области могут привести к созданию еще более удивительных технологий, которые изменят нашу жизнь в будущем.

Так что, возможно, в один прекрасный день мы сможем увидеть, как мячи проходят сквозь стены, не только в мире квантовой механики, но и в нашей повседневной жизни.

8 комментариев

Добавить комментарий

1
И снова, одна и та же детская ошибка гуманитария))
Ну НЕ ВРАЩАЮТСЯ ЭЛЕКТРОНЫ вокруг ядра.
НЕ+ВРАЩАЮТСЯ. Электроны ПОКОЯТСЯ в окрестностях атомного ядра. С плотностью вероятности, соответствующей S, P и прочих орбиталей.
Хватит уже шатать в гробу несчастный атом Бора. Позвольте ему покоиться с миром :)
103552718876061675382@google
Согласен на все 146%, самого коробит т вращающихся электронов вокруг атомного ядра, да и ещё общающиеся между собой
1
Хотел лайкнуть, да с мобильного промазал.
Прошу прощения :'(
I
Не покоятся они и не вращаются разумеется. Они просто не локализованы в пределах своей орбитали.
112657446964720493423@google
Ваше «покоятся» не менее условно, чем «вращаются». Эти считающие себя «технарями», право, как дети..)
1
Умникам, чьё ухо коробит слово «вращаются», можно посоветовать воспринимать его как, — «находящиеся рядом с… ».
Из всей статьи они узрели только это.
А отвратительный перевод и отсутствие какого-то редактирования слегка прошли мимо.
И плохо, что в оригинале нет привязки к значениям энергии коллективного взаимодействия, даже оценок.
И в конце статьи, — тысячекратно разоблаченный миф о прохождении мяча сквозь стену…
1
20 000 прочитанных укоренили свое заблуждение, в атома электроны вращаются. Только теперь не только вращаются, а ещё и генерирует магнитное поле по школьной формуле.
20 000 (двадцать тысяч) человек пришли просветите и им молча забрали мозг. Но эту мысль ещё надоесть способным понять. Вы не поняли
.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

От «боксеров» до светящихся в темноте: 10 безумных зверей Африки и Мадагаскара

Думаете, мы знаем об Африке всё? Собрала десятку самых необычных зверей континента: от «боксирующих» прыгунчиков до светящихся в УФ-лучах прыгунов.

Почему рассада томатов, дважды пережившая 44-градусную жару, приносит на 50% больше урожая

Растения не могут уйти в прохладное место при наступлении жары, поэтому их выживание целиком зависит от способности быстро перестраивать работу своих клеток. Для сельского хозяйства эта особенность...

Кими Антонелли снова победил, но по-прежнему не стал чемпионом: итоги Гран-при США Формулы-1 2026 года

В минувшие выходные в США подошёл к концу восемнадцатый этап Формулы-1 сезона 2026 года. Победу в гонке одержал Кими Антонелли, который оказался буквально в шаге от своего чемпионского титула. Что...

Как цветки отличают свою пыльцу от чужой и защищаются от генетического вырождения

В природе цветковые растения размножаются двумя основными способами: самоопылением и перекрестным опылением. У каждого из этих способов есть свои эволюционные преимущества и свои риски.При...

Изъяны внутри алмаза помогли доказать 80-летнюю теорию прочности кристаллов

В 1934 году физики Джеффри Тейлор, Эгон Орован и Майкл Полани независимо друг от друга решили одну из главных проблем материаловедения. Расчеты показывали, что для деформации идеального кристалла...

Poco X8 официально вышел в России: цены, отличия от X7 и слабые места

Сегодня посмотрим на Poco X8, который 22 октября официально появился в российской рознице по цене от 26 990 рублей. Я разобрал, чем он отличается от прошлогоднего X7, на чём производитель...