У странных металлов есть что-то общее с черными дырами
Фото:
Идеи

У странных металлов есть что-то общее с черными дырами

Даже по стандартам квантовой физики странные металлы вызывают удивление. Электроны в них рассеивают энергию так быстро, насколько это позволяют законы квантовой механики, а электрическое сопротивление, в отличие от обычных металлов, пропорционально температуре. Кроме того, как выяснили ученые, некоторые их свойства напоминают свойства черных дыр.

Так называемые странные металлы отличаются от обычных тем, что их электрическое сопротивление напрямую связано с температурой. Электроны в странных металлах теряют свою энергию настолько быстро, насколько позволяют законы квантовой механики. Но это еще не все — их проводимость также связана с двумя фундаментальными константами физики: постоянной Планка, которая определяет количество энергии, которое может перенести фотон, и постоянной Больцмана, которая связывает кинетическую энергию частиц в газе с температурой этого газа.

Все эти свойства ученые могли наблюдать на протяжении многих лет, однако точно смоделировать поведение странных металлов им не удавалось. Физики из Корнеллского университета и Института Флетайрон рассчитали эту модель вплоть до абсолютного нуля — ниже, чем самая низкая из возможных для этого металла температур, пишет Phys.org.

Обычно физика электронов в странных металлах слишком сложная для точных вычислений — слишком много взаимодействующих частиц, а поскольку электроны склонны образовывать квантовую запутанность, их нельзя рассматривать как отдельные объекты. Тем не менее, ученым удалось преодолеть эту проблему.

В процессе ученые обнаружили, что странные металлы представляют новое состояние вещества. Оказывается, они существуют между двумя известными фазами — спиновыми стеклами Мотта и жидкостями Ферми — и исследователи смогли описать их свойства в подробностях.

«Это квантовое спиновое жидкое состояние не слишком жесткое, но и не полностью свободное, — пояснила Ким Ен А, автор исследования. — Это инертное, супообразное, водянистое состояние. Оно металлическое, но неохотно металлическое, и раздвигает границы хаоса до пределов квантовой механики».

Но самое странное, пожалуй, то, что некоторые свойства этих металлов общие с черными дырами, у которых тоже есть параметры, связанные исключительно с температурой и постоянными Планка и Больцмана, в том числе — время, которое они «звенят» после слияния с другими черными дырами.

Новая модель странных металлов позволит физикам лучше понять, как работают суперпроводники при высоких температурах.

Необычное воздействие квантовых явлений на макроскопический объект продемонстрировали физики из США. Они стали свидетелями того, как квантовые флуктуации двигают 40-килограммовое зеркало.