物理学家成功创造出一种新准粒子类型

物理学家成功创造出一种新准粒子类型纽约城市学院(CCNY)的发现与创新中心和物理系宣布创造了一种新型磁性准粒子，它是通过将光耦合到一叠超薄的二维磁铁上产生。这一突破则是跟德克萨斯大学奥斯汀分校合作的成果，其为通过确保材料与光的强烈互动来人工设计材料的新兴战略奠定了基础。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1325021.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1325021.htm

物理学家成功连接了两个量子物理学的子领域

物理学家成功连接了两个量子物理学的子领域莱斯大学的物理学家已经证明，量子计算所高度追求的不可变拓扑态可以与某些材料中其他可操纵的量子态纠缠在一起。“我们发现令人惊讶的事情是，在一种特殊的晶格中，电子被困住，d原子轨道中电子的强耦合行为实际上就像一些重费米子的f轨道系统一样，”《科学进展》相关研究报告的作者说。这一意想不到的发现为凝聚态物理学的子领域之间架起了一座桥梁，这些子领域专注于量子材料的不同涌现特性。例如，在拓扑材料中，量子纠缠模式产生“受保护的”、不可变的状态，可用于量子计算和自旋电子学。在强关联材料中，数十亿个电子的纠缠会产生非常规超导性和量子自旋液体中持续磁涨落等行为。在这项研究中，斯奇苗和合著者胡浩宇（他的研究小组的前研究生）建立并测试了一个量子模型，以探索“受挫”晶格排列中的电子耦合，就像在具有“平带”特征的金属和半金属中发现的电子耦合，表明电子被卡住并且强相关效应被放大。斯奇苗是莱斯大学物理和天文学HarryC.和OlgaK.Wiess教授，也是莱斯大学量子材料中心主任。图片来源：JeffFitlow/莱斯大学这项研究是斯奇苗持续努力的一部分，他于7月获得了美国国防部著名的万尼瓦尔·布什教员奖学金，以验证控制物质拓扑状态的理论框架。在这项研究中，斯奇苗和胡浩宇表明，来自d原子轨道的电子可以成为晶格中多个原子共享的更大分子轨道的一部分。研究还表明，分子轨道中的电子可能与其他受挫电子纠缠在一起，产生强相关效应，这对于多年来研究重费米子材料的Si来说非常熟悉。“这些完全是d电子系统，”斯奇苗说。“在d电子世界中，就像有一条多车道的高速公路。在f电子世界中，您可以认为电子在两层中移动。一种就像d电子高速公路，另一种就像土路，移动速度非常慢。”Si表示，f电子系统拥有非常清晰的强相关物理例子，但它们并不适合日常使用。“这条土路距离高速公路太远了，”他说。“高速公路的影响非常小，这意味着微小的能量尺度和非常低的物理温度。这意味着需要达到10开尔文左右的温度才能看到耦合的效果。在d电子世界中情况并非如此。在多车道高速公路上，事物之间的耦合非常有效。”即使频带平坦，耦合效率仍然存在。斯将其比作高速公路的一条车道变得像f电子土路一样低效且缓慢。“即使它已经变成了土路，它仍然与其他车道共享地位，因为它们都来自d轨道，”斯说。“它实际上是一条土路，但它的耦合性更强，这转化为更高温度下的物理现象。这意味着我可以拥有所有基于f电子的精致物理学，为此我拥有明确定义的模型和多年研究的大量直觉，但我不必达到10开尔文，而是可以工作例如，200开尔文，甚至可能是300开尔文，或室温。因此，从功能角度来看，它非常有前途。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389679.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389679.htm

物理学家建造了一个量子“热泵”来检测暗物质

物理学家建造了一个量子“热泵”来检测暗物质荷兰代尔夫特理工大学的物理学家已经建造了一个由光粒子制成的量子规模的“热泵”。这个装置使科学家们更接近测量无线电频率信号的量子极限，这在寻找暗物质的过程中非常有用。如果你把两个不同温度的物体放在一起，比如把一瓶热的白葡萄酒放入一个冷的冰袋中，热量通常会朝一个方向流动，从热的（酒）流向冷的（冰袋）。如果你等待的时间足够长，两者都会达到相同的温度。这是一个在物理学中被称为达到平衡的过程：热流的一个方向和另一个方向之间的平衡。如果你愿意做一些工作，你可以打破这种平衡，使热量以"错误"的方式流动。这就是你的冰箱用来保持食物低温的原理，也是高效热泵的原理，它可以从外面的冷空气中获取热量来温暖你的房子。在他们的新研究中，GarySteele和他的同事展示了一个“热泵”的量子类似物，使光的基本量子粒子，即光子，从一个热物体“逆流”到一个冷物体。这项研究由来自代尔夫特理工大学、苏黎世联邦理工学院和图宾根大学的物理学家们进行。他们的工作于8月26日作为一篇开放性文章发表在《科学进展》杂志上。暗物质信号尽管物理学家们在之前的研究中已经将他们的设备用作热射频光子的“冷水浴”，但他们现在已经设法同时将其变成了一个“放大器”。有了内置的“放大器”，该装置对射频信号更加敏感。这就像从超导量子处理器出来的放大的微波信号所发生的一样。“这非常令人兴奋，因为我们可以更接近测量射频信号的量子极限，这些频率在其他方面很难测量。这种新的测量工具可能有很多应用，其中之一是寻找暗物质，”Steele说。该装置被称为光子压力电路，由冷却到只比绝对零度高几毫度的硅芯片上的超导电感和电容构成。虽然这听起来温度很低，但对于电路中的一些光子来说，这个温度是非常热的，它们被激发出热能。利用光子压力，科学家们可以将这些被激发的光子与更高频率的冷光子耦合，在以前的实验中，这使得他们能够将热光子冷却到其量子基态。在这项新工作中，物理学家们增加了一个新的转折点：通过向冷电路发送一个额外的信号，他们能够创造一个“马达”，放大冷光子并将其加热。同时，额外的信号将光子优先“泵送”到两个电路之间的一个方向。通过在一个方向比另一个方向更用力地推动光子，研究人员能够将电路的一部分的光子冷却到比另一部分更冷的温度，为超导电路中的光子创造一个量子版的“热泵”。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1309247.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1309247.htm

大质量黑洞和 "胶水 "粒子 - 物理学家发现了令人瞩目的对应关系

大质量黑洞和"胶水"粒子-物理学家发现了令人瞩目的对应关系这项突破性的研究显示，这两个系统都由密集排列的、自我作用的载力粒子组成。在CGC的情况下，这些粒子是胶子，而在黑洞中，它们是引力子。在CGC中胶子的组织和黑洞中引力子的组织都是针对各自系统的能量和大小而优化的。在CGC和黑洞中的高度秩序是由每个系统包装在关于粒子特征的最大数量的量子"信息"所驱动的。这包括它们的空间分布、速度和集体力量。这种对"信息"内容的限制是普遍的。这意味着研究表明，量子信息科学可以为理解这些差异很大的系统提供新的组织原则。这些系统之间的数学对应关系也意味着，研究每个系统可以提高我们对另一个系统的理解。特别感兴趣的是黑洞合并中的引力冲击波与核碰撞中的胶子冲击波的比较。尺寸达数十亿公里的黑洞（左，由事件地平线望远镜成像）与原子核碰撞中产生的亚原子胶子的密集状态（右）有共同的特征。科学家们在核碰撞中研究强作用力。例如，在相对论重离子对撞机，能源部的一个用户设施，原子核加速到接近光速，成为胶子的密集墙，称为彩色玻璃凝聚物（CGC）。当原子核碰撞时，CGC演变为夸克和胶子的近乎完美的液体，这是构成所有可见物质的基本组成部分。尽管强力在亚原子尺度上运作，但慕尼黑路德维希-马克西米利安大学、马克斯-普朗克物理研究所和布鲁克海文国家实验室的科学家们最近的分析表明，CGC与黑洞有着共同的特征，黑洞是巨大的引力子集合体，在整个宇宙中施加引力。这两组自我作用的粒子似乎都以一种满足对每个系统中可能存在的熵或无序程度的普遍限制的方式来组织自己。这种数学上的对应关系指出了黑洞的形成、热化和衰变与胶子墙在超相对论速度-接近光速的核碰撞中发生的情况之间的相似性。推动这种对应关系的熵的极限与最大信息包装有关--这是量子信息科学（QIS）的关键特征。因此，量子信息科学可以进一步启发科学家对胶子、引力子、CGC和黑洞的理解。这种方法也可能推进量子计算机的设计，使用冷原子来模拟和解决有关这些复杂系统的问题。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356901.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356901.htm

奇妙的波浪： 物理学家揭示了镍磁体中的自旋激子

奇妙的波浪：物理学家揭示了镍磁体中的自旋激子在《自然-通讯》杂志上发表的一项研究中，研究人员报告说在钼酸镍这种层状磁性晶体中发现了不寻常的特性。被称为电子的亚原子粒子类似于微小的磁铁，而且它们通常像罗盘针一样在磁场中定位。在实验中，中子从晶体内的磁性镍离子中散射出来，研究人员发现，每个镍离子的两个最外层电子表现得不同。这两个电子不是像罗盘针一样排列它们的自旋，而是在物理学家称之为自旋单子的现象中相互抵消。该研究的通讯作者、莱斯大学的戴鹏程说："这样的物质根本就不应该是磁铁。而且，如果一个中子从一个特定的镍离子上散射下来，激发应该保持在局部，而不是在样品中传播。"戴鹏程是莱斯大学物理学和天文学教授。因此，当中子散射实验中的仪器检测到不是一个，而是两个系列的传播波时，戴鹏程和他的合作者感到惊讶，每个波的能量都有很大的不同。为了了解这些波的起源，有必要深入研究磁性晶体的原子细节。例如，来自晶体中原子的电磁力可以与磁场竞争，并影响邻近原子内的电子。这被称为晶体场效应，它可以迫使电子自旋沿着与磁场方向不同的方向定向。探测钼酸镍晶体的晶场效应需要额外的实验和对实验数据的理论解释。莱斯大学的合作者EmiliaMorosan说："实验小组和理论之间的合作对于描绘一幅完整的画面和理解在这种化合物中观察到的不寻常的自旋激发是最重要的。"莫罗桑的研究小组利用比热测量探测了晶体对温度变化的热反应。从这些实验中，研究人员得出结论，在层状钼酸镍中出现了两种晶体场环境，而且这两种环境对镍离子的影响非常不同。研究报告的共同作者、帮助解释实验数据的莱斯大学理论物理学家AndriyNevidomskyy说："在一种情况下，场效应相当弱，对应的热能约为10开尔文。在几开尔文的温度下，看到中子可以激发镍原子的磁自旋波，这也许并不令人惊讶，因为镍原子受到这种第一类晶体场的影响。但最令人费解的是看到它们来自受第二种类型影响的镍原子。那些原子周围有四面体排列的氧原子，电场效应几乎强了20倍，这意味着激发的产生要难得多。"Nevidomskyy说："这可以理解为如果相应的镍离子上的自旋具有不同的"质量"。这个比喻是指重的篮球与网球混在一起，为了激发第二种类型的自旋，即较重的篮球，我们必须通过向材料照射更多的高能中子来施加更强的'踢'。"由此产生的对镍自旋的影响被称为自旋激子，人们通常会期望激子产生的"踢"的效果被限制在一个单一的原子中。但是实验的测量结果表明，"篮球"在一致地运动，创造了一种意想不到的波。更令人惊讶的是，这些波似乎在相对较高的温度下仍然存在，在那里晶体不再表现为磁铁。内维多姆斯基和来自加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的理论家合著者莱昂-巴伦茨提供的解释是：较重的自旋激子--比喻中的篮球--随着周围较轻的磁性激子--比喻中的网球--的波动而晃动，如果这两类球之间的相互作用足够强，较重的自旋激子参与到类似于波的连贯运动中。"特别有趣的是，"戴说，"两种镍原子各自形成一个三角形晶格，因此这个晶格内的磁相互作用是受挫的。"在三角形晶格的磁性中，挫折指的是使所有的磁矩相对于它们的三个近邻反平行（上下）对齐的困难。了解磁挫折在三角形晶格中的作用是戴和Nevidomskyy两人多年来一直致力于解决的长期挑战之一。Nevidomskyy说："找到一个谜题，与自己的预期相反，然后感到一种了解其起源的满足感，这是非常令人兴奋的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358691.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358691.htm

物理学家观测到“不可观测”的量子相变

物理学家观测到“不可观测”的量子相变1935年，两位当时最著名的物理学家爱因斯坦和薛定谔就现实本质产生了争论。爱因斯坦认为宇宙是局域性的，一个地方发生的事情不会立即影响遥远的另一个地方。薛定谔认为量子纠缠与局域性的假设相悖。当一对粒子发生纠缠时，测量其中一个粒子会立即影响到另一个粒子，无论它身在何处。这违背了爱因斯坦关于传播速度无法超越光速的铁令。爱因斯坦不喜欢不受范围限制的纠缠，他将其称之为幽灵，认为量子力学理论是不完整的。今天的物理学家基本上解决了该问题，纠缠不会在遥远的地方产生立即的影响，它无法在遥远距离上实现特定结果：它只是传播该结果的知识。过去几年一系列的理论和实验研究揭示了纠缠的新面孔：它不是成对出现，而是以粒子星图的形式出现。纠缠通过一组粒子自然传播，建立了一个复杂的临时网。如果你测量粒子的频率足够多，你能阻止网的形成。这种网状非网状的状态令人想起物质的液态固态。网状与非网状的转变代表着信息结构的变化，这是信息的相变。来源，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat