量子系統中的准粒子：我是不朽的

沒有什麼東西可以天長地久。人類、行星、恆星、星系，甚至宇宙本身，都有終結之時。但量子領域裡的事物並不總會遵守規則。現在，科學家發現，量子系統中的准粒子或許有資格說：我是不朽的。

不，它們也要經歷衰變，知道這一點令人安心不少。但是如果准粒子發生了衰變，它們能夠重新組織自身，因此也算擁有無限輪迴的壽命。

聽起來似乎是在向偉大的熱力學第二定律挑釁——它斷言孤立系統中的熵只能越來越大：我們都見過整片玻璃摔成碎渣，但從沒見過碎玻璃自動組成完整的一片。

當然，量子物理學確實給很多規律帶來衝擊；但准粒子的特殊性質，還是超出了量子科學家的認知。

慕尼黑技術大學的物理學家Frank Pollman說：「到目前為止，我們默認，相互作用的量子系統中的准粒子會在一定時間後出現衰變。但現在知道情況恰恰相反：強相互作用甚至可以完全阻止衰變過程。」

准粒子並不是通常意義上的粒子——如電子和夸克。相反，它們是由電力或磁力在晶體中產生的擾動或激發效果，外在表現像是某種粒子。

如聲子——在晶格中振蕩原子的振動能量的離散單位——通常就被歸為準粒子，而極化子是晶格中被捕獲在極化雲中的電子。

研究人員開發出用於計算這些准粒子複雜相互作用的數值方法，並在超算上運行模擬以觀察它們的衰變過程。

「精心模擬的結果：誠然，准粒子確實會發生衰變，然而新的、相同的粒子實體又在破滅中涅槃重生。」慕尼黑技術大學和馬克斯普朗克複雜系統物理研究所的物理學家Ruben Verresen說，「如果衰變過程非常快，那麼在一定時間後會出現反作用，粒子碎片重新聚集成粒子。這一過程不斷重演，且在衰變和重生之間持續振蕩。」

同時，物理學家指出，它並未違反熱力學第二定律。那是因為振蕩就是波轉化為物質的過程，是波粒二象性的量子力學概念所涵蓋的內容。

它們的熵並沒有減少，只是恆定。當然，這仍然很奇怪，但沒有造成物理學上的危機。

事實上，新發現可以解釋一些燒腦的現象。如在先前發現的實驗里，發現磁性化合物Ba3CoSb2O9意外地穩定。現在它看起來可能是它包含了磁性准粒子。

另一個可能的例子是氦：它在絕對零度的溫度下會變成無阻力的超流體。這種特殊的性質可以用氦氣內部充滿被稱為旋子的准粒子來解釋。

目前，這項工作僅限於理論領域，但研究人員認為，准粒子的恆定性使其在量子計算系統中具有持久存儲數據的巨大潛力。

該研究發表在Nature Physics上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！