Намагниченный газ указывает на новую физику

Было бы трудно прикрепить его к Вашему холодильнику, но ультрахолодный газ намагничивает себя, как делают металлы, такие как железо или никель, бригада атомных отчетов физиков. Та холодная уловка показывает, что грязная физика в твердых частицах может быть смоделирована с чистыми газами, говорят исследователи.

Но другие скептичны, что бригада фактически видела то, чего они требуют.Физики конденсированного вещества могут сказать Вам по существу, что все там должны знать о том, как общие металлы несут электричество и тепло. То, почему некоторые из них являются магнитными, является более хитрым вопросом.

Физики знают основы: электроны, текущие через железо, никель и другой магнитный акт материалов как небольшие стержневые магниты. Ниже определенной температуры электроны выравнивают так, чтобы они все указали в том же направлении, по крайней мере в относительно больших «областях» в кристаллическом материале.

Вопрос состоит в том, почему электроны присоединяются?Ответ был предложен в 1930-х британским теоретиком Э. К. Стонером.

Это зависит от ключевой части квантовой механики, названной принципом исключения Паули, говорящим, что никакие два электрона не могут быть в точно том же условии или «квантовом состоянии» одновременно. Чтобы видеть, как это работает, сначала рассмотрите антимагнитный металл. Электроны могут думаться как своего рода газ в теле с равными количествами электронов, указывающих с их северными полюсами как вниз, потому что это было бы их государством самой низкой энергии.Электроны отражают друг друга, который увеличивает энергию газа.

Стонер утверждал, что, если электроны отражают друг друга достаточно трудно, они могли бы понизить свою полную энергию путем выравнивания. Щелкание некоторых электронов взволновало бы газ и увеличило бы его «кинетическую» энергию немного. Но из-за принципа исключения, никакие два выровненных электрона не могли быть в том же месте одновременно, означая, что электроны избегут друг друга так, чтобы энергия от кратковременного отвращения понизилась бы еще больше. Стонер придумал высоко упрощенную математическую модель, заключающую в капсулу эту идею.

Однако никто строго никогда не доказывал, что модель производит такое выравнивание или «ферромагнетизм».Так Гю-Бунг Джо, Вольфганг Кеттерле и коллеги в Массачусетском технологическом институте в Кембридже намереваются воспроизводить математическую модель экспериментально в затяжке ультрахолодных атомов. В настоящее время много физиков преследуют такие «квантовые моделирования», потому что эксперименты могут обеспечить лучшую надежду на решение таких тяжелых математических моделей, которые самих являются абстракциями намного более грязной физики электронов, свистящих вокруг в твердых частицах.Джо и Кеттерл изучили затяжку лития 6 атомов, которые, из-за пути они прядут, подражают электронам.

Бригада заманила в ловушку литиевое вращение атомов в двух направлениях в пятне лазерного света и охладила их к в одной миллионной градуса абсолютного нуля. Путем применения магнитного поля они могли заставить атомы отразить друг друга более или менее энергично.Это был хитрый эксперимент, поскольку атомы имели тенденцию подвергаться трехходовым столкновениям, которые быстро превратят пары их в молекулы.

Тем не менее, бригада видела три знака, что атомы выравнивали, и газ становился намагниченным. Во-первых, поскольку сила отвращения передала «критический» уровень, темп формирования молекулы достиг максимума и начал резко падать, предположив, что атомы выравнивали и избегали друг друга. Во-вторых, кинетическая энергия газа начала подниматься как ожидалось. Наконец, размер облака достиг максимума в том критическом отвращении, также.

Все это является соответствующим понятию, что модель Stoner производит выравнивание и ферромагнетизм, спорят они сегодня в Науке.Ketterle и компания не смогли определить отдельные области выравнивания, которое будет неопровержимым доказательством ферромагнетизма, говорит Вильгельм Цвергер, теоретик в Мюнхенском техническом университете в Германии.

Однако, он говорит, «нет никакого другого вероятного объяснения эксперимента».Но Лун Олова «Джейсон» Хо, теоретик в Университете штата Огайо, Колумбус, не соглашается.

Он говорит, что все данные могут быть объяснены, мешают ли тонкие корреляции между соседними атомами противоположным вращениям сталкиваться даже при том, что нет никакого полного выравнивания. Факт, что Джо и Кеттерл не видели области, предлагает, чтобы они не существовали, Хо говорит: «Природа говорит нам, что система не является ферромагнетиком».


Добавить комментарий