Когда препятствие исчезает ✎ экспресс

Оригинал: "Anomalous tunneling as a low-energy theorem for Nambu-Goldstone modes"
arXiv:2604.27489 · 2026-04-30 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
При очень низких энергиях частицы в сверхтекучей среде проходят сквозь любые преграды, не замечая их.

📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.

Камень падает в пруд — и по воде расходятся круги. Но если камень очень мал, а вода не совсем обычна, круги проходят сквозь него, даже не заметив. Примерно так ведут себя звуковые колебания в сверхтекучем гелии: при крайне низких энергиях они просачиваются через препятствия, словно тех и нет.

Физики называют это аномальным туннелированием. Обычно туннелирование — это когда частица проскакивает сквозь барьер, который по классическим меркам не должна преодолеть. Но здесь всё ещё удивительнее: с падением энергии прохождение становится не хуже, а лучше, и в пределе достигает ста процентов. Долгое время это считали курьёзом, свойственным лишь некоторым экзотическим средам. Авторы новой работы доказали, что причина глубже — она в самой симметрии системы.

Сверхтекучесть — состояние, в котором жидкость течёт без трения. Она возникает при температурах вблизи абсолютного нуля, когда атомы гелия начинают двигаться как единое целое.

В сверхтекучей жидкости существует особая мода колебаний — фонон, квант звука. Его поведение подчиняется законам, которые диктует спонтанное нарушение симметрии. На идеально ровном столе стоит карандаш, балансирующий на острие. Пока он вертикален, система симметрична относительно поворота. Но малейшее дуновение — и карандаш падает, выбирая какое-то одно направление. Так и сверхтекучесть: симметрия есть, но основное состояние её «ломает», выбирая конкретную фазу. Из-за этого рождаются намбу-голдстоуновские моды — те самые фононы, которые при низких энергиях не чувствуют плавных препятствий.

Авторы построили теорию на языке эффективных полей — это как описывать рябь на воде, не вдаваясь в движение каждой молекулы.

Работа показала: если потенциал-препятствие не трогает нарушенную симметрию, для длинных волн он становится невидимым. Это универсальное правило, работающее и для магнонов (волн намагниченности), и для других систем. А вот если потенциал симметрию нарушает, волна начинает отражаться — обычное, не аномальное туннелирование. Так физики получили простой критерий: сохрани симметрию — и барьер исчезнет. И тогда камень, брошенный в пруд, перестаёт быть помехой для кругов на воде.

В сверхтекучем гелии звук может проходить сквозь пористую перегородку, которая задержала бы обычную жидкость, — и делать это без малейших потерь энергии.

В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетные существа используют квантовые эффекты для мгновенной связи — аномальное туннелирование могло бы стать основой подобных технологий.

Учёные
George GamowLeo EsakiSatyendra Nath BoseJohn BardeenFelix BlochGeorg Ohm
Понятия
квантовое туннелирование аномальный эффект Холла аномальный перенос тепла теорема Голдстоуна спонтанное нарушение симметрии туннельный переход неадиабатический переход инстантон энергетический барьер квантовая сверхтекучесть фантомная тёмная энергия конформная теория поля нетрадиционная сверхпроводимость спонтанное излучение экзотические фазовые переходы сверхпроводящий фазовый переход эффект Ааронова — Бома странный металл универсальность центральная предельная теорема