Тёмные состояния в цепочках спинов экспресс
В оркестре один музыкант играет так тихо, что его звук почти не слышен в общем хоре. В квантовом мире такие «тихие» состояния называют тёмными — их энергия почти не уходит наружу, как свет в затемнённой комнате. Но если музыкантов много, их взаимное влияние может неожиданно пробудить даже самого молчаливого.
В новой работе физики рассмотрели цепочку спинов (квантовых «волчков») с особым типом затухания, которое действует на соседние узлы. В такой системе существует одночастичное тёмное состояние с нулевым импульсом — оно, как дирижёр, задаёт ритм, но само остаётся в тени. Однако при большом числе частиц это состояние начинает медленно угасать: его затухание идёт пропорционально [formula:decay]1/ln(t)[/formula], где t — время. Это всё равно что наблюдать, как пламя свечи гаснет не сразу, а очень долго тлеет, подчиняясь хитрому закону.
Самое удивительное — поведение системы оказалось универсальным. Распределение частиц по скоростям (импульсам) описывается единой формой, зависящей от [formula:scaling]k√t[/formula], а общая плотность частиц падает как [formula:density]1/(√t * ln(t))[/formula]. Это напоминает узор на песке после отлива: независимо от того, какой был прилив, линии остаются похожими. Результаты подтвердили численным моделированием, и даже при мягком взаимодействии частиц картина не меняется — природа словно настаивает на этом сценарии.
Похожие тёмные состояния встречаются в оптике: если разместить атомы на расстоянии меньше длины волны света, они могут перестать излучать, образуя «молчаливую» решётку.
В романе «Город перестановок» Грега Игана тёмные состояния квантовых систем позволяют создавать виртуальные миры, почти не потребляющие энергию.