Juodosios skylės: įrankis superlaidumui modeliuoti

Primary tabs

Juodosios skylės yra laikomos sunkiausiais objektais mūsų Visatoje. Tuo tarpu elektronai yra vieni iš lengviausiųjų. Visai neseniai Ilinojaus universiteto, įsikūrusio Urbanoje – Šampeinėje (JAV), fizikai parodė, kaip turinčios krūvį juodosios skylės gali būti panaudotos modeliuojant elektronų sąveiką, pasireiškiančią neįprastuose superlaidininkuose.

„Už šio uždavinio slypi yra ne kas kita kaip aukštatemperatūris superlaidumas, – pradeda pasakoti Filipas Filipsas (Philip Phillips). – Viena iš didžiausių neįmintų mįslių fizikoje yra superlaidumo, pasireiškiančio vario oksidų keramikoje, prigimtis“. Fizikai superlaidumu laiko tokią medžiagos būseną, kuomet elektros srovė ja gali tekėti nesutikdama jokio pasipriešinimo. F Filipo ir jo kolegų gauti rezultatai publikuoti „Physical Review Letters“ ir „Physical Review D“ žurnaluose.

Kitaip nei ankstesnieji metaliniai superlaidininkai, naujieji pasižymi dielektrinėmis savybėmis. Esant nelaidžiai vario oksidų būsenai, elektronai turi daugybę laisvės judėti, tačiau srovė dėl to nepradeda tekėti. Tokia medžiagos būsena, žinoma Moto dielektriko vardu, susidaro dėl stiprios elektronų tarpusavio stūmos. Nors su tokiu aiškinimu sutinka daugelis mokslininkų, vis dėlto dar lieka daugybė neatskleistos Moto dielektrikus aprašančios fizikos, nes kol kas nesugalvotas tikslus Moto uždavinio sprendimas, kurį būtų galima tiesiogiai pritaikyti vario oksidams.

Visiškai kita sparčiai plėtojama fizikos sritis – vadinamoji stygų teorija – bando aprašyti visas gamtoje žinomas fundamentaliąsias jėgas, įskaitant gravitaciją, ir jų sąveiką su medžiaga viena matematiškai išbaigta sistema.

Prieš keturiolika metų vienas stygų teorijos specialistas Chuanas Maldacena (Juan Maldacena) iškėlė mintį, jog kai kurias stipriai sąveikaujančias kvantines mechanines sistemas būtų galima modeliuoti pastovaus neigiamo kreivio erdvėlaikiu, kurį aprašytų klasikinės gravitacijos teorija. Krūviai kvantinėje sistemoje būtų pakeičiami iškreivinto erdvėlaikio juodosiomis skylėmis (kurios turėtų krūvį) – taip savotiškai erdvėlaikio geometriją superšant su kvantine mechanika.

Kadangi Moto uždavinys yra puikus stipriai sąveikaujančių dalelių pavyzdys, F. Filipas su savo kolegomis iškėlė klausimą: ar įmanoma sukurti gravitacijos teoriją, kuri gebėtų atkartoti Moto dielektriką? Pasirodo, tai visai realu.

Tyrėjai pasinaudojo Ch. Maldacenos hipoteze ir sugalvojo modelį, aprašantį elektronų judėjimą iškreivintu erdvėlaikiu, jo viduje esant krūviu pasižyminčiai juodajai skylei. Mokslininkai šiai juodajai skylei priskyrė dvi įprastos aukštatemperatūrių superlaidininkų būsenos savybes. Pirma, kliūtis, trukdančias elektronų judėjimui, kuomet medžiaga pereina į Moto būseną. Antra, keistą metališkąjį režimą, kuomet elektrinė varža ima kisti kaip tiesinė temperatūros funkcija, užuot pasižymėjusi kvadratine priklausomybe (kaip kad įprastuose metaluose).

„Physical Review Letters“ žurnale publikuoti rezultatai atskleidžia, jog erdvėlaikio, savyje turinčio juodąją skylę ir silpnai sąveikaujančius elektronus, ribos toje srityje judantiems elektronams sudaro barjerą – visai kaip Moto dielektrike. Taigi šiame darbe pirmąkart išsprendžiama dvimatės sistemos Moto uždavinys (iš esmės tiksliai). Dvimatė sistema tinka aukštatemperatūrių superlaidininkų modeliavimui.

„Kitas ne ką mažiau svarbus klausimas, kurį privalome iškelti, – kaip Moto dielektriką aprašanti gravitacijos teorija gali paaiškinti superlaidumo susidarymą?“, – pabaigia pasakojimą F. Filipas.

Facebook komentarai: