Квантовий прорив. Німецькі фізики пояснили 40-річну таємницю росту кристалів та бактерій

Дослідники Вюрцбурзького університету з’ясували експериментальним шляхом , як саме розвиваються різні поверхні у двовимірному просторі. Як повідомляє SciTech Daily , ще з 1986 року науковці намагалися зрозуміти спільні правила того, як збільшуються та формуються різні поверхні. Для опису цих випадкових процесів тривалий час використовувалося математичне рівняння Кардара-Парізі-Жанга ( або KPZ). Проте довести його точність на практиці для плоских, двовимірних поверхонь раніше не вдавалося. «Коли поверхні ростуть — чи то кристали, бактерії, чи фронти полум’я — процес завжди є нелінійним і випадковим. У фізиці ми описуємо такі системи як такі, що перебувають поза рівновагою, — пояснює Сіддхартха Дам, постдокторант на кафедрі технічної фізики Вюрцбурзького університету. Щоб перевірити теорію, фізики провели складний експеримент. Вони охолодили спеціальний напівпровідниковий матеріал до надзвичайно низької температури у -269,15 °C. Після цього на нього безперервно світили лазером. Такі умови дозволили створити поляритони — унікальні частинки, які поєднують у собі властивості світла та матерії і існують лише мить. «Створення системи, здатної одночасно вимірювати, як нерівноважний процес розвивається у просторі та часі, є надзвичайно складним завданням — особливо тому, що ці процеси розгортаються на ультракоротких часових шкалах. Саме тому перевірка моделі KPZ у двох вимірах зайняла так багато часу», — додає Дам. Науковці побудували особливу дзеркальну структуру, яка утримувала світло всередині матеріалу. Завдяки цьому вони змогли з високою точністю відстежити, як ці короткочасні частинки з’являються та ростуть, повністю підтвердивши давню математичну модель розвитку поверхонь. «Ми контролюємо, як матеріал росте атом за атомом, і можемо точно налаштувати всі експериментальні параметри — наприклад, лазер, який повинен збуджувати зразок з мікрометричною точністю. Цей рівень контролю був важливим для успішної демонстрації універсальності KPZ, — каже Сімон Відманн, докторант кафедри інженерної фізики, який проводив експерименти разом із Сіддхартхою Дамом. Саму ідею перевірити універсальну теорію росту за допомогою подібних квантових систем розробила група професора Себастьяна Діля ще у 2015 році. Пізніше, у 2022 році, французькі дослідники зробили перший експериментальний крок до цього, але тоді вони змогли зафіксувати потрібний ефект лише в найпростішому, одновимірному просторі. Успіх Вюрцбурзького університету показав, як рівняння працює саме у двовимірних матеріалах. На думку вчених, це дає розуміння практично всіх подібних фізичних процесів у реальному світі. Теги:   Квантова фізика Експеримент Бактерії Дослідження Якщо ви знайшли помилку в тексті, виділіть її мишкою і натисніть Ctrl + Enter