Квантовая примесь в центре плотной среды
Квантовая примесь в центре плотной среды
Алексей Кузнецов Опубликована 19.02.2026 в 14:46

Даже замёрзшая частица наводит порядок: прорыв в квантовой физике объединил два мира

Квантовый мир вновь удивил учёных неожиданным поворотом. Теория, разработанная в Германии, показала, что даже почти "замороженные" частицы способны запускать процессы упорядочивания в сложных системах. Это открытие объединяет два подхода, которые десятилетиями считались несовместимыми. Об этом сообщает журнал Physical Review Letters.

Две картины одного явления

Физики из Института теоретической физики Гейдельбергского университета предложили модель, связывающую два ключевых взгляда на поведение квантовых примесей. Речь идёт о том, как одиночная частица ведёт себя внутри так называемого ферми-моря — системы, заполненной множеством фермионов, к которым относятся электроны, протоны и нейтроны. В такой среде частица может либо свободно перемещаться, либо казаться почти неподвижной, действуя как встроенная примесь.

Новая теория показывает, каким образом в этих условиях формируются квазичастицы, и объясняет связь между состояниями, которые ранее рассматривались по отдельности. Подобные прорывы в области фундаментальной физики регулярно меняют представления о материи — как это происходило, например, при обсуждении временных кристаллов, где также сталкивались разные интерпретации поведения частиц. Это особенно важно для понимания свойств квантовой материи в системах с сильным взаимодействием.

"Разработанная нами теоретическая схема объясняет, как квазичастицы возникают в системах с чрезвычайно тяжёлой примесью, объединяя два подхода, которые долгое время рассматривались отдельно", — говорит аспирант Института теоретической физики Гейдельбергского университета Евген Дизер.

От ферми-полярона к катастрофе Андерсона

В рамках устоявшейся квазичастичной модели примесь движется сквозь ферми-море, взаимодействуя с окружающими частицами. По мере движения она "увлекает" их за собой, образуя связанную структуру — ферми-полярон. Хотя такая система ведёт себя как единая частица, на деле это результат согласованного движения примеси и её окружения.

Этот подход стал основой для описания самых разных систем — от ультрахолодных атомных газов до твёрдых тел и даже ядерной материи. Исследования в смежных областях, включая работы о кварк-глюонной плазме, также демонстрируют, насколько сложным может быть коллективное поведение частиц при экстремальных условиях. Однако существует и другой сценарий, известный как ортогональная катастрофа Андерсона.

Он возникает, когда примесь настолько тяжела, что практически не движется. В этом случае её присутствие полностью перестраивает волновые функции окружающих фермионов, разрушая прежний порядок и не позволяя сформироваться квазичастице. На протяжении десятилетий физики не располагали теорией, способной связать эти два режима — подвижный и статичный.

Небольшое движение — большие последствия

Ключевым выводом работы стало понимание того, что даже крайне тяжёлые примеси не являются абсолютно неподвижными. Под воздействием окружающей среды они совершают едва заметные движения. Именно эти микроскопические сдвиги создают энергетический зазор, который открывает возможность для формирования квазичастиц даже в сложной и сильно коррелированной системе.

По словам руководителя группы теории квантовой материи профессора Рихарда Шмидта, предложенный подход универсален и применим к различным пространственным измерениям и типам взаимодействий.

"Наше исследование не только продвигает теоретическое понимание квантовых примесей, но и напрямую связано с текущими экспериментами с ультрахолодными атомными газами, двумерными материалами и новыми полупроводниками", — отмечает профессор Рихард Шмидт.

Учёные также показали, что их модель естественным образом описывает переход от поляронных квантовых состояний к молекулярным. Это даёт более целостное представление о том, как меняются свойства системы при варьировании массы и подвижности примеси.

В итоге новая теория не просто закрывает давний теоретический разрыв, но и предлагает инструменты для интерпретации современных экспериментов с ультрахолодными газами, двумерными материалами и перспективными полупроводниками. Объединяя два противоположных режима поведения, она помогает глубже понять механизмы самоорганизации в квантовой материи и открывает путь к более точному управлению её свойствами.

Автор Алексей Кузнецов
Алексей Кузнецов — физик-теоретик, к.ф.-м.н. с 12-летним опытом. Работал в ИФ им. Завойского и проектах CERN. Эксперт по квантовым и высоким технологиям.
Редактор Кирилл Казаков
Редактор NewsInfo.Ru, магистр техники и технологий. Профильный аналитик по вопросам ТЭК и автомобильной индустрии. Исследует энергетическую безопасность и внедрение инноваций в городскую инфраструктуру.

Подписывайтесь на NewsInfo.Ru

Читайте также

Замороженные тайны Алтая: 2000 лет назад татуировки рассказали истории древних кочевников вчера в 19:13

Загадка забытой культуры под слоями мерзлоты: татуировки древней женщины изменили представления о прошлом.

Читать полностью »
Луна обретает жизнь: впервые на долгожданной спокойной поверхности вырастили нут в лунном грунте вчера в 13:31

Исследователи Техасского университета создали новую жизнь на Луне, вырастив нут в агрессивной среде реголита.

Читать полностью »
Страшное открытие на Берингом острове: косатки нападали друг на друга в жуткой агрессии вчера в 11:10

Научное открытие косаток меняет наше понимание об их агрессии и социальном поведении в океане.

Читать полностью »
Космический кий ударил точно в цель: небольшой аппарат изменил вековую орбиту опасного астероида вчера в 6:15

Ученые оценили последствия уникального эксперимента по столкновению зонда с небесным телом и обнаружили неожиданное влияние поднятой пыли на траекторию объекта.

Читать полностью »
Космический странник 2024 YR4 избежал удара: как новые технологии спасли Луну от катастрофы вчера в 5:01

Как человеческие технологии спасли Луну от возможного удара астероида 2024 YR4, угрожая всему миру.

Читать полностью »
Миллиарды тонн под ногами астронавтов: новый тип вездеходов превратит реголит в золото 07.03.2026 в 19:50

В ангарах Сиэтла тестируют прототипы тяжелой техники для работы на лунной поверхности, которая сможет обеспечить человечество чистой энергией на тысячи лет вперед.

Читать полностью »
Эволюция среди отходов: сто тысяч тонн пластика сформировали уникальное сообщество в Тихом океане 07.03.2026 в 19:44

В Тихом океане обнаружили уникальное сообщество организмов, которое смогло приспособиться к жизни на гигантском скоплении пластиковых отходов вдали от берега.

Читать полностью »
Следы людей исчезнут, но природа восстановит баланс: как Земля возродится без нас 07.03.2026 в 18:08

Кто станет новым хозяином Земли после людей? Посмотрите, как природа восстановится в ожидании нового доминирования.

Читать полностью »

Новости

Цитрусовая терапия на кухне: лимонный курд делает мякиш торта невероятно влажным и нежным
Гигантские острова под землёй: открытия, которые меняют наше представление о структуре планеты
Секунда решает всё: правильный момент для угощения заставляет кота понимать хозяина без лишних слов
Исследование древних трапез неандертальцев открывает новые горизонты культурных традиций человечества
Дикий инстинкт у ног дивана: как домашних кошек мотивирует охота, несмотря на полную миску
Живот выпирает даже у худых — виноват сонный баланс: стабилизаторы тела требуют активации
Рёв мотора звучит как угроза: шумный прибор превращает жизнь любимой кошки в настоящий кошмар
Молекулярный танец смерти: найдены невидимые пары, которые заставляют опухоль расти быстрее