Οι φυσικοί έχουν λάβει άμεση επιβεβαίωση για το παράδοξο Klein

Διέγερση της μετάδοσης ήχου μέσω μιας ετεροδομής φτιαγμένης από κρυστάλλους φωνών

Xue Jiang et al. / Science, 2020


Οι φυσικοί παρατήρησαν άμεσα τη σήραγγα Klein με ακουστικά κύματα να διαδίδονται σε μια ετεροδομή που αποτελείται από κρυστάλλους φωνών. Έγινε για πρώτη φορά σε σχεδόν εκατό χρόνια από την προβλεπόμενη επίδραση. δουλειά που δημοσιεύθηκε Σε αποθήκη Επιστήμη.

Οι συνθήκες για την παρατήρηση των αποτελεσμάτων που προβλέπονται από τους θεωρητικούς είναι πολύ ακραίες, όχι μόνο για τα εργαστήρια εδάφους αλλά και για τα διαστημικά αντικείμενα. Για να ξεφύγουν κάπως από αυτήν την κατάσταση, οι φυσικοί παρουσιάζουν πειράματα στα οποία μπορείτε να δείτε αναλογίες αυτών των επιδράσεων. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ρόλος ορισμένων σωματιδίων ή αντικειμένων παίζεται από άλλα σωματίδια και αντικείμενα των οποίων οι παράμετροι και οι αλληλεπιδράσεις μπορούν εύκολα να αναδημιουργηθούν και να ελεγχθούν.

Για παράδειγμα, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να παρατηρώ ένα ανάλογο του αυθόρμητου σχηματισμού ζευγών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων από κενό υπό τη δράση υπερτασικών πεδίων, η ισχύς των οποίων υπερβαίνει Όριο Schwingerίσο με 1,3 × 1018 βολτ ανά μέτρο. Αυτό έγινε με τη βοήθεια του φωτός που διαδίδεται μέσω του μετα-υλικού. Ωστόσο, οι μαύρες τρύπες και η ακτινοβολία Hawking είχαν πολύ περισσότερη τύχη: τα ανάλογά τους αποκτήθηκαν πειραματικά ψυχρά άτομα, οπτικές ίνες και ακόμα υπερκρίσιμοι πυρήνες.

Η υποστηρικτική εργασία πραγματοποιήθηκε στο ίδιο πνεύμα Το παράδοξο KleinΔηλαδή, μια κατάσταση στην οποία σωματίδια που κινούνται σε σχετικιστικό καθεστώς περνούν από ένα φράγμα με συγκεκριμένη διαμόρφωση με 100% πιθανότητα, κάτι που δεν είναι αδύνατο στην μη σχετικιστική κβαντική μηχανική, και ακόμη λιγότερο στην κλασική φυσική. Παρατηρώντας αυτό το παράδοξο όπως αρχικά διατυπώθηκε το 1929 από τον Oscar Klein, αντιμετώπισε δυσκολίες στην επιτάχυνση των ηλεκτρονίων σε σχετικιστικές ταχύτητες και στη δημιουργία του απαιτούμενου φράγματος.

READ  Το Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ αστειεύεται όταν συγκρίνει την αλλαγή του κλίματος της Αφροδίτης στη Γη

Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι τα ανάλογα και των δύο μπορούν να βρεθούν σε νέα υλικά, δηλαδή στο γραφενίου και Γ. τοπολογικοί μονωτές… Ωστόσο, και στις δύο περιπτώσεις η παρατήρηση του φαινομένου Klein ήταν μόνο έμμεση. Για να καλύψει αυτό το κενό, ο καθηγητής Xue Jiang του Πανεπιστημίου του Χονγκ Κονγκ και οι συνεργάτες του σχεδίασαν ένα πειραματικό σύστημα στο οποίο τα φωνόνια δρουν ως σχετικιστικά σωματίδια και το φράγμα δημιουργείται χρησιμοποιώντας κρυστάλλους φωνών.

Οι κρύσταλλοι Phonon είναι τεχνητά περιοδικά κέντρα στα οποία η διάδοση του ήχου συνοδεύεται από τις ίδιες διαδικασίες που συμβαίνουν όταν ένα ηλεκτρόνιο κινείται κατά μήκος ενός πλέγματος συνηθισμένων κρυστάλλων. Πρώτα απ ‘όλα, αφορά την τροποποίηση της σχέσης διασποράς, δηλαδή τη σχέση ενέργειας-ορμής για το σωματίδιο. Αποδείχθηκε ότι υπό ορισμένες συνθήκες οι σχέσεις διασποράς φωνών γίνονται παρόμοιες με τις σχετικιστικές σχέσεις διασποράς των ηλεκτρονίων και των ποζιτρονίων, οι οποίες είναι πρακτικά γραμμικές συναρτήσεις. Αυτό μας επιτρέπει να αντιμετωπίζουμε την κβάντα του ήχου ως ανάλογα τέτοιων σωματιδίων και, κατά συνέπεια, να παρατηρούμε τη σήραγγα Klein υπό πολύ απλές εργαστηριακές συνθήκες.

Για το σκοπό αυτό, οι συγγραφείς αυτού του έργου δημιούργησαν μια ετεροδομή τριών στρωμάτων, καθένα από τα οποία ήταν ένας κρύσταλλος φωνών. Οι κρύσταλλοι φωνών ήταν ένα δισδιάστατο εξαγωνικό πλέγμα από ακρυλικούς κυλίνδρους. Το πρώτο και το τελευταίο στρώμα ήταν τα ίδια και το ενδιάμεσο στρώμα είχε διαφορετική ακτίνα κυλίνδρου, αν και και στις τρεις περιπτώσεις η περίοδος τριψίματος ήταν η ίδια στα 28 mm Λόγω της διαφοράς στις καμπύλες διασποράς, ένα τέτοιο σύστημα ήταν ένα πιθανό φράγμα για τα φωνόνια των οποίων οι συχνότητες κυμαίνονταν από 5 έως 8 kHz. Το πλάτος του φράγματος θα μπορούσε να ελεγχθεί αυξάνοντας τον αριθμό των κυλίνδρων στο δεύτερο στρώμα και το ύψος αλλάζοντας την ακτίνα τους. Έτσι, οι ακτίνες των 5, 7 και 8,25 χιλιοστών σχημάτισαν ένα φράγμα 470, 652 και 1010 Hz, αντίστοιχα.

Ως αποτέλεσμα, για κάθε διαμόρφωση, οι συγγραφείς βρήκαν περιοχές συχνότητας για τις οποίες η μετάδοση ήταν στην πραγματικότητα κοντά στο 100 τοις εκατό. Αριστερά και δεξιά αυτών των περιοχών, η μετάδοση μειώθηκε και η μείωση ήταν όσο ισχυρότερη, τόσο ισχυρότερη ήταν η μη γραμμικότητα των λόγων διασποράς φωνών. Οι συγγραφείς εξηγούν την απόκλιση μετάδοσης από 100 τοις εκατό για διάφορους λόγους, που κυμαίνονται από ατελή δείγματα έως το γεγονός ότι η θεωρία επίδρασης προήλθε για την περίπτωση των άπειρων μέσων και στις δύο πλευρές του φράγματος.

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι όλα τα πειράματα συνοδεύτηκαν από μια αριθμητική προσομοίωση μετάδοσης ήχου μέσω της ετεροδομής, που πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μέθοδος πεπερασμένων στοιχείωνπου εξασφάλισε την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. Εκτός από τη σημασία της διατριβής όσον αφορά την επιβεβαίωση της θεωρίας, τα αποτελέσματά της μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της μετάβασης των ήχων μέσω διαφόρων διεπαφών. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο στην επίλυση πολλών τεχνικών προβλημάτων, από τη δημιουργία υποβρύχιου σόναρ έως την ιατρική.

READ  Οι επιστήμονες ανακάλυψαν μεφιτίδες που περπατούσαν ανάμεσα σε δεινόσαυρους

Δεν είναι η πρώτη φορά που τα φωνόνια έχουν προσελκύσει την προσοχή των επιστημόνων. Όχι πολύ καιρό πριν, οι φυσικοί έμαθαν βλέπω κβαντική μονάδα ήχου, δροσερός τους με λέιζερ, ακόμη και ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΧΩΡΟΥ έχουν αρνητική μάζα.

Μαράτ Χαμαδέεφ

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *