Home Tecnología Objeto misterioso causado por la ruptura espontánea de la simetría revelada

Objeto misterioso causado por la ruptura espontánea de la simetría revelada

by notiulti

<div data-thumb="https://scx1.b-cdn.net/csz/news/tmb/2021/mystery-object-caused.jpg" data-src="https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2021/mystery-object-caused.jpg" data-sub-html="Figure 1: Composite defect in a 23Na superfluid confined in a pancake-shaped two-dimensional "electromagnetic container". The blacker color indicates a region of high fluid density. The core of the topological defect corresponds to the white region in the center of the picture. Credit: Phys. Rev. Lett. 122, 095301 (2019) “>

Phys. Rev. Lett. 122, 095301 (2019) “ancho =” 300 “alto =” 234″/>

Figura 1: Defecto compuesto en un superfluido 23Na confinado en un “contenedor electromagnético” bidimensional en forma de panqueque. El color más negro indica una región de alta densidad de fluidos. El núcleo del defecto topológico corresponde a la región blanca en el centro de la imagen. Crédito: Phys. Rev. Lett. 122, 095301 (2019)

Hiromitsu Takeuchi, profesor de la Escuela de Graduados de Ciencias de la Universidad de la Ciudad de Osaka e investigador del Instituto de Física Teórica y Experimental Nambu Yoichiro (NITEP), ha identificado teóricamente la naturaleza de un misterioso defecto topológico producido por el no- evolución en el tiempo de equilibrio de la ruptura espontánea de la simetría (SSB). Dado que el SSB realizado en este sistema es como el SSB que se sabe que ocurre en superconductores isotrópicos y superfluido 4He, se esperaba que produjera defectos topológicos con propiedades similares a vórtices en el fluido, llamados vórtices cuánticos. Sin embargo, el defecto topológico observado en este experimento tiene una estructura que se parece poco a la SSB mencionada anteriormente, y sus propiedades físicas han sido envueltas en un misterio. En esta investigación, se introdujo por primera vez la idea de aplicar la transformada de Joukowski, que se utiliza para calcular la sustentación de las alas de los aviones, a los vórtices cuánticos, y el análisis reveló que el estado más estable de este misterioso defecto topológico es un nuevo defecto topológico llamado vórtice elíptico cuántico. Los resultados de esta investigación se publicaron en línea en Cartas de revisión física, considerada una de las revistas más prestigiosas en el campo de la física.

See also  Tráiler de Blizzard's Shadow of the Necropolis para WoW Classic Naxxramas

Una función dependiente del tiempo y del espacio llamada “campo” se usa comúnmente para describir las propiedades de los sistemas físicos en los que ocurre la SSB. Si se puede calcular el movimiento del campo, se puede predecir el comportamiento del sistema. Sin embargo, el cálculo es generalmente difícil porque los grados de libertad del campo son infinitos.

Una forma eficaz de describir el movimiento complejo de un campo es representar los grados de libertad de un objeto que flota en él, lo que se denomina defecto topológico. El campo alrededor del “núcleo” de un defecto topológico tiene cierta estructura. Por lo tanto, al describir el centro del núcleo como el movimiento de un punto de masa, se puede predecir aproximadamente el movimiento del campo.

Esta situación es similar a cómo se puede predecir hasta cierto punto el cambio futuro en la dirección del viento observando la trayectoria del ojo de un tifón. En materiales en los que normalmente se produce la SSB, como superconductores y superfluidos, este “viento” corresponde a la corriente sin resistencia y al flujo sin fricción, respectivamente. Dado que la estructura del campo alrededor del núcleo se puede predecir de acuerdo con la ruptura de simetría, se ha pensado que el comportamiento de los defectos topológicos, y por lo tanto el comportamiento del campo, puede entenderse si la ruptura de simetría se entiende a escala global. .

Objeto misterioso causado por la ruptura espontánea de la simetría revelada

Figura 2: Flujo (cálculo numérico) alrededor de un vórtice cuántico simétrico rotacionalmente ordinario (izquierda) y un vórtice elíptico cuántico (derecha). Las flechas indican la dirección del flujo; cuanto más blanco es el color, más fuerte es el flujo. El contorno del núcleo está delimitado por líneas discontinuas. El color de fondo representa la fase θ de la función de onda macroscópica (función compleja) correspondiente al campo superfluido. Crédito: Universidad de la Ciudad de Osaka

Un fenómeno que refuta esta idea fue observado recientemente por el grupo experimental del profesor Shin en la Universidad Nacional de Seúl. [Phys. Rev. Lett. 122, 095301 (2019)]. Dado que la ruptura de simetría en este sistema experimental es similar a la de los superconductores y superfluidos ordinarios bien conocidos, se espera que la forma del núcleo del defecto topológico, llamado vórtice cuántico, sea redonda como el ojo de un tifón en dos -sección transversal dimensional.

See also  Hyperboom y Sonos Move, la prueba de los altavoces gigantes

Sin embargo, la estructura transversal real del defecto de fase observado fue completamente diferente. La figura 1 muestra una fotografía experimental de la estructura correspondiente a la sección transversal de un defecto topológico provocado por una transición de fase repentina. En ese momento, se consideró que este defecto topológico era un compuesto de dos defectos topológicos conocidos (defecto compuesto) y se interpretó como un estado transitorio que ocurre temporalmente durante el proceso de transición de fase cerca del punto crítico.

En este estudio, para aclarar las propiedades físicas del defecto compuesto observado en el experimento, Hiromitsu Takeuchi introdujo la idea de aplicar la transformada de Joukowski, que se utiliza para calcular la sustentación del ala de un avión, al vórtice cuántico. Con base en esta idea, el defecto topológico observado en el experimento finalmente se estabiliza como un nuevo defecto topológico llamado vórtice elíptico cuántico. Los vórtices cuánticos ordinarios tienen un flujo simétrico rotacionalmente en su sección transversal, como el ojo de un tifón (Fig. 2, izquierda). Sin embargo, la sección transversal del vórtice elíptico cuántico recientemente propuesto rompe espontáneamente la simetría rotacional y forma un flujo a lo largo de la elipse. Anteriormente se pensaba que la forma externa de un defecto topológico se determinaba en función de la forma en que se produce la SSB global del sistema físico, pero este resultado claramente anula esa percepción.

Teóricamente se sabe que una estructura tan extraña se produce cerca del punto crítico de la transición de fase, y que la SSB local dentro del núcleo de la topológica defecto está profundamente involucrado en su estabilidad.

See also  ¿serán más caros que Buds +?

Aunque la SSB se ha estudiado durante mucho tiempo, no existe una comprensión general de cómo ocurre la SSB local dentro del núcleo y cómo afecta a la propiedades físicas de defectos topológicos. Los defectos topológicos aparecen no solo en materiales especiales como los superconductores, sino también en una variedad de sistemas físicos que van desde materiales relativamente familiares como cristales y cristales líquidos hasta ciencia y tecnología de vanguardia como la espintrónica, y se considera que juegan un papel importante. en una estrella de neutrones en rotación y la dinámica de transición de fase en el universo temprano. Existe la esperanza de que los nuevos desarrollos en SSB, como el descubrimiento de Takeuchi, se produzcan mediante mejoras en las técnicas experimentales y los correspondientes avances en la teoría, y que tengan un efecto dominó en todo el campo de la física.


Una nueva dirección de la investigación topológica está lista para despegar


Más información:
Hiromitsu Takeuchi, Vórtice elíptico cuántico en un condensado Bose-Einstein de giro nemático, Cartas de revisión física (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.195302

Proporcionado por la Universidad de la Ciudad de Osaka

Citación: Objeto misterioso causado por la ruptura espontánea de la simetría revelada (2021, 10 de junio) recuperado el 10 de junio de 2021 de https://phys.org/news/2021-06-mystery-spontáneo-simetría-revelado.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.

0 comment
0

You may also like

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.