EXAMEN
Récemment, une équipe de recherche internationale a démontré une nouvelle méthode de phénomènes physiques observés dans l'expérience, ce phénomène physique est censé exister dans le système de dimensions supérieures. Les scientifiques utilisent un superréseau de modulation périodique à deux dimensions emprisonnés dans les atomes ultrafroids, observer la nouvelle version dynamique de l'effet Hall quantique, le système est prévu pour se produire dans le système à quatre dimensions.
fond
article Aujourd'hui, je veux commencer par un chef-d'uvre littéraire. C'est le célèbre écrivain britannique Ait science-fiction température roman d'Abbott "Flatland" "Flatland: A Romance of Many Dimensions" (1884). Il XIXe siècle victorienne société britannique dépeint comme un monde hiérarchique à deux dimensions, en raison des caractéristiques de sa dimension plus faible, il est pas au courant de leur étroitesse d'esprit.
(Source: Wikipedia)
Ce roman de science-fiction décrit la relation entre les différentes dimensions du monde de l'existence et du monde toutes dimensions. Détails de l'auteur seulement un monde à deux dimensions, appelé « Flatland. » Dans ce pays, tout est plane, les montagnes et les rivières terrain est plat, sont à plat, même qui est aussi le plan: les plus pauvres humble est un triangle isocèle, un cercle est le plus noble, le plus effrayant, c'est droit ...... Flatland dans la construction de logements, la marche régulière, afin d'identifier les voies et la lutte des classes sont également autonome, amusant.
Suivant est encore plus fascinant est nulle Weiguo, un grand débat entre une dimension, deux dimensions et le pays de la vie en trois dimensions pays du pays: Flatland des personnes inspirées par un Weiguo (qui est, une ligne droite) a été rejeté comme les gens se déplacent autour de l'école un non-sens, les gens qui ont inspiré monde en trois dimensions de Flatland n'a jamais réussi à se déplacer de haut en bas, et les zéro Weiguo (qui est, un point) tout à fait qu'il est tout le monde ......
Cependant, dans la physique de notre univers on pense être composé de plus de trois dimensions ou plus. En 1920, Einstein a présenté cet argument dans la relativité générale. Selon la relativité générale, l'espace est courbe, l'espace en trois dimensions dans lequel nous vivons est susceptible d'être fermé courbé la géométrie à quatre dimensions. Si par la longueur, la largeur, la direction de la hauteur, il y aura directe d'un corps céleste à un autre corps céleste très longues distances, mais si peut utiliser la quatrième dimension, puis enregistré une certaine distance, qui est, raccourci copié. Dans le modèle de la physique quantique, un proche de l'espace multidimensionnel au canal est également connu sous le nom wormholes.
(Source: Wikipedia)
Cependant, les tentatives de résoudre deux grandes théories de la physique ne sont pas compatibles à la surface: la théorie des cordes modernes, la mécanique quantique et la relativité générale que: l'univers il doit y avoir plus que nous savons de quatre dimensions dimensions d'espace-temps de l'espace. La théorie des cordes convaincu de la nécessité d'établir au moins 10 dimensions d'un cadre théorique, de sorte que la mécanique quantique et la gravité sont compatibles. En outre, M théorie avancée dans les années 1990 (une sorte de théorie des cordes) que: l'univers est de 11 dimensions.
innovation
Récemment, l'Université de Munich / Institut Max Planck d'optique quantique (LMU / MPQ) Professeur Immanuel Bloch et l'Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich (ETH Zürich) Oded professeur Zilberberg a conduit l'équipe de recherche internationale, dans des expériences pour simuler le monde réel, démonstration d'une nouvelle méthode d'observation des phénomènes physiques, ce phénomène physique est censé exister dans le système de dimensions supérieures. Les scientifiques utilisent un superréseau de modulation périodique à deux dimensions emprisonnés dans les atomes ultrafroids, observer la nouvelle version dynamique de l'effet Hall quantique, le système est prévu pour se produire dans le système à quatre dimensions.
technologie
Lorsqu'un se déplace de particules chargées dans un plan à deux dimensions dans le champ magnétique, l'effet Hall est généré. Un champ magnétique de génération de force de Lorentz, la force de Lorentz amenant les particules à se tourner vers une direction perpendiculaire à sa direction de déplacement. Il indique la présence d'une tension de Hall transversale. En 1980, Klaus von Klitzing a fait la découverte historique: le rôle des basses températures et fort champ magnétique, cette tension ne peut être qu'une certaine quantité de valeur. Par ailleurs, quelle que soit la façon dont les caractéristiques de l'échantillon d'essai, ces valeurs sont les mêmes. Plus tard trouvé le fait surprenant que le quantum topologique fonction d'onde mécanique liée, qui décrit le comportement des électrons dans un tel état de faible énergie. En raison de cette étude révolutionnaire, David Thouless a remporté le prix Nobel 2016 en physique.
la géométrie 2D d'un effet Hall quantique est une condition importante pour l'échantillon. Dans l'ensemble, ce phénomène ne peut être prouvé avoir lieu dans les systèmes en trois dimensions. Par exemple, dans un système à trois dimensions, la direction de la vitesse des particules est décalée pas définie de manière unique.
Par conséquent, cet effet est particulièrement adapté pour les systèmes à deux dimensions. Maintenant, pour la première fois des physiciens théoriques supposent que le même effet se produit dans le système à quatre dimensions depuis plus de 20 ans. Pour un tel système, plus les caractéristiques de signification symbolique, y compris le nouveau courant de Hall non linéaire. Pendant longtemps, une telle proposition considérée comme une curiosité mathématique, pas aux résultats des tests réels, mais seulement des implications de grande envergure. Par exemple, ces dernières années, la physique de la matière condensée se trouve dans deux plus importants: les isolants topologiques Weyl et semi-métaux, ils peuvent être dérivés de Hall quantique modèle dimensionnel.
2013, Oded Zilberberg et ses partenaires ont réalisé que l'effet quantique à quatre dimensions Hall peut être vu, ce qui est également connu comme « pompe de charge topologique » à un système 2D dépendant du temps particulier, qui constituent une version dynamique du modèle de grande dimension. Ce point de vue peut se résumer comme une théorie, cette théorie est venue de David Thouless. 1983, des particules Thouless montrent une transmission quantique peut être généré par un unidimensionnel système de modulation périodique, qui est mathématiquement équivalente à la réponse dans le puits quantique à deux dimensions effet Hall. Par conséquent, en combinant les deux directions orthogonales dans un tel système, le courant de Hall linéaire, il peut être observé que le système à quatre dimensions prédite.
Comme indiqué ci-dessous: étude du système quantique virtuel tridimensionnel dispositifs à effet Hall. Les deux dimensions barre de Hall (gauche / droite), à savoir la première géométrie de mesure effet Klaus von Klitzing deux Wei Huoer employé, constituée sous la forme d'un sous-espace orthogonal quatre système Wei Huoer (au milieu). Ce code couleur à quatre dimensions de l'échantillon sur la surface de l'espace en trois dimensions est décrite, représente une valeur positive rouge, bleu pour les valeurs négatives.
(Source: LMU / MPQ)
Cette réalisation réalisé par Immanuel Bloch du groupe. Dans un premier temps, un nuage d'atomes est refroidi à près de zéro absolu et placée dans un réseau optique à deux dimensions. Une telle interférence optique formé en treillis par la longueur d'onde spécifique d'une rétroréflexion du faisceau laser le long de deux directions orthogonales. un potentiel genre similaire à des boîtes à ufs formées comme « lumière à cristal », dans lesquels les atomes se déplacent. En ajoutant faisceau laser supplémentaire ayant une longueur d'onde différente dans chaque direction sur un faisceau, pour former un super-réseau que l'on appelle. Les chercheurs peuvent le long d'un axe, entre les faisceaux de longueurs d'onde différentes, l'introduction d'un léger angle constant pour obtenir la topologie de pompe de charge à deux dimensions proposé, tandis qu'un autre en modifiant légèrement la longueur d'onde d'un faisceau laser, ce qui change dynamiquement le orthogonal la forme de la direction potentielle.
pompe de charge topologique à deux dimensions optique super-réseau. (A) créé par le faisceau laser de brouillage est à deux dimensions potentiel de super-réseau, pour former une « lumière à cristaux généralement » carton oeuf atomes qui y sont placés. (B) le long d'un axe horizontal X avec le potentiel modulé dans le temps, le mouvement induit par des atomes dans le réseau cristallin. Ce mouvement rapide est égale le long des deux dimensions de l'axe X de l'effet Hall quantique, et a révélé la présence de l'effet de Hall quantique à quatre dimensions se déplaçant lentement le long de la direction transversale.
(Source: LMU / MPQ)
Dans le cas d'un potentiel modulé à travers le temps, les atomes se déplacent le long d'une direction de manière significative, et de le faire par le procédé de quantification. Cette méthode de quantification est Thouless prédiction linéaire (par exemple à une dimension) sensible à la réunion de la quantique à deux dimensions effet Hall. De plus, l'équipe de Munich a également observé un décalage latéral légère expérimentalement, bien que cette direction dans le potentiel de réseau reste stationnaire. Ce mouvement latéral de la salle réponse linéaire égale, les caractéristiques de base de la réponse non linéaire de l'effet Hall sont quatre Wei Huoer. En surveillant attentivement et analyser ce que l'atome dans superréseaux de position dans le processus, les scientifiques démontrent en outre que cette motion est quantifie, révélant ainsi les propriétés quantiques de quatre effets Wei Huoer.
valeur
Les résultats de recherche supplémentaires et l'équipe de recherche des États-Unis ainsi que publiés dans la revue « Nature ». équipe de recherche américaine a utilisé une structure photonique, avec un effet quantique à quatre dimensions salle en raison de la complexité de ce mouvement frontalier phénomène. Ensemble, ces documents fournissent les premiers aperçus expérimentaux dans le quantum de dimension supérieure système Hall, mais montre également une série d'avenir, ceux-ci comprennent notre compréhension des questions fondamentales de l'univers, tels que quantiques interactions pertinentes et les dimensions de l'univers générer un champ magnétique et de la gravité quantique. Pour ces problèmes, le système à quatre Wei Huoer est proposé d'utiliser comme modèle de jouet.
mot-clé
Quantum, physique, Univers
Documents de référence
[1]
[2] Michael Lohse, Christian Schweizer, Hannah M. Price, Oded Zilberberg, Immanuel Bloch. L'exploration physique 4D Hall quantique avec une pompe de charge topologique 2D . Nature, 2018, 553 (7686): 55 DOI: 10.1038 / nature25000
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