Ученые давно знают, что совершенно разные физические системы иногда начинают вести себя одинаково при определенных условиях. Когда вода кипит или магнит теряет свои свойства, детали того, что происходит на микроскопическом уровне, становятся неважными — остаются только самые существенные закономерности. Физики называют это универсальностью.
Чтобы описать такое поведение, ученые используют особый вид квантовой теории — так называемую конформную теорию поля. На протяжении сорока лет ученые применяли эту теорию для расчетов, но прямых экспериментальных проверок до сих пор удавалось избежать.
В своем новом исследовании специалисты Калифорнийского технологического института и их коллеги из ряда европейских университетов провели первые в своем роде эксперименты, используя квантовые симуляторы — специализированные системы, более простые, чем универсальные квантовые компьютеры, но идеально подходящие для воспроизведения конкретных квантовых явлений.
Физики впервые прямо измерили энергетические уровни в синтетическом квантовом веществе, предсказанные двумя различными конформными теориями поля. Речь идет об особых переходах, которые происходят в квантовых системах при температурах, близких к абсолютному нулю. В отличие от обычных фазовых переходов, например кипения воды, эти переходы вызваны исключительно квантовыми эффектами.
Переход в таких системах возникает не из-за нагрева, а исключительно за счет квантовых эффектов — запутанности и суперпозиции. В точке критического состояния система особенно чувствительна и подчиняется жестким математическим соотношениям. В частности, энергия возможных возбуждений должна располагаться как ступени лестницы с четко заданными отношениями между «перекладинами».
Источник: hi-tech.mail.ru