En física, el enigma conocido como el "problema de pocos cuerpos", cómo se comportan tres o más partículas que interactúan, ha deslumbrado a los científicos durante siglos. Las ecuaciones que describen la física de los sistemas de pocos cuerpos generalmente no se pueden resolver y los métodos utilizados para encontrarlas soluciones son inestables. No hay muchas ecuaciones que puedan explorar el amplio espectro de posibles dinámicas de pocas partículas. Una nueva familia de modelos matemáticos para mezclas de partículas cuánticas podría ayudar a iluminar el camino.
"Estos modelos matemáticos de partículas cuánticas en interacción son como linternas o islas de simplicidad en un mar de complejidad y dinámica posible", dijo Nathan Harshman, profesor asociado de física de la Universidad Americana y experto en simetría y mecánica cuántica, quien junto consus compañeros crearon los nuevos modelos: "Nos dan algo a lo que agarrarnos para explorar el caos circundante".
Harshman y sus compañeros describen el trabajo en un artículo publicado en Letras físicas X . Los físicos teóricos como Harshman trabajan a nivel atómico, con el objetivo de resolver los misterios de los bloques de construcción de la vida para la energía, el movimiento y la materia. Los nuevos modelos exhiben una amplia gama de interacciones de partículas cuánticas, desde estables a caóticas, simples acomplejo, controlable a incontrolable y persistente a transitorio. Si estos modelos pudieran construirse en un laboratorio, entonces el control y la coherencia proporcionados en casos especiales y solucionables podrían usarse como una herramienta en la próxima generación de dispositivos de procesamiento de información cuántica, como el cuánticosensores y computadoras cuánticas.
En la última década más o menos, los físicos han podido hacer trampas ópticas unidimensionales para átomos ultrafríos en el laboratorio. Solo a bajas temperaturas emerge la dinámica cuántica. Esto condujo a una serie de análisis teóricos, como descubrieron los investigadorespodrían avanzar en la comprensión de problemas tridimensionales pensando en soluciones en términos de sistemas unidimensionales más simples.
La información clave de los investigadores está trabajando en dimensiones abstractas superiores. Los modelos describen unos pocos átomos ultrafríos atrapados y rebotando en una trampa unidimensional. La ecuación que describe cuatro partículas cuánticas en una dimensión es matemáticamente equivalente a la ecuacióndescribe una partícula en cuatro dimensiones. Cada posición de esta partícula única ficticia en realidad corresponde a una disposición específica de las cuatro partículas reales. El avance es utilizar estos resultados matemáticos sobre la simetría para encontrar nuevos sistemas solucionables de pocos cuerpos, explicó Harshman.
Al mover las partículas a un espacio dimensional más alto y elegir las coordenadas correctas, algunas simetrías se vuelven más obvias y más útiles. Luego, estas simetrías se pueden usar para mapear un sistema desde la dimensión más alta a un modelo más simple en un modelo más bajo perodimensión abstracta.
Los modelos Coxeter, como Harshman llama a estos sistemas simétricos de pocos cuerpos, llamados así por el matemático HSM Coxeter, se pueden definir para cualquier número de partículas. Las partículas pueden tener diferentes masas, haciéndolas diferentes de las ecuaciones anteriores que solo pueden describir partículasque tienen igual masa. En particular, cuando la masa y el orden de las partículas se eligen correctamente, el sistema muestra dinámicas integrables o bien definidas, que tienen tantas cantidades conservadas, como energía y momento, como grados de libertad.
Hasta ahora, rara vez los sistemas de pocos cuerpos solucionables tienen aplicaciones experimentales. Lo que sigue es implementar los modelos Coxeter en un laboratorio. Harshman y sus colegas están hablando con experimentadores de física sobre cómo construir sistemas con partículas de masa mixta comolo más cerca posible de los sistemas integrables. Como los sistemas integrables permiten una mayor coherencia, los sistemas que construyen podrían ayudar a desentrañar algunos de los conceptos más complejos de la física, como el enredo cuántico. Otras propuestas incluyen el uso de cadenas de solitones grupos estables de átomos porque las masasde solitones se pueden controlar en un experimento.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Americana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :