Совершенно новый подход облегчает изучение систем с интенсивными квантовыми взаимодействиями

Сильные взаимодействия — это один из четырех основных типов взаимодействий элементарных частиц, в которых участвуют ключевые элементы видимой материи. На протяжении более пятидесяти лет физики-теоретики стремились представить сильные взаимодействия в виде универсального уравнения. Теперь им удалось достичь определенных успехов.Существует четыре типа фундаментальных взаимодействий в природе: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Учёным порой сложно определить, где заканчивается одно и начинается другое. Источник: Zixin (Lily) Zhang

Группа исследователей из Технического университета Дармштадта упростила сложную задачу в области квантовой физики, создав более простую версию с помощью инновационной формулировки, не потеряв при этом важной информации. Таким образом, ученые предложили новый подход для лучшего понимания и предсказания сложных квантово-механических систем. Результаты работы опубликованы в Physical Review Letters.

Эта задача давно волнует специалистов по квантовой физике: как математически описать системы, состоящие из множества частиц с сильным притяжением? Когда количество частиц достигает 10, такие системы выходят за пределы доступных численных методов.

Ситуация усложняется, когда на атомы также действует внешняя сила. Тем не менее, во многих экспериментах с холодными атомами это происходит из-за ограничения движения, например, в одном измерении. Одномерные системы сильно взаимодействующих частиц были смоделированы еще в 60-х годах прошлого века и с тех пор стали стандартной задачей в теоретической физике. До настоящего времени эта задача была решена лишь в нескольких частных случаях, а универсальное уравнение, подходящее для всех случаев, ученым еще не удалось найти.

Исследователи решили упростить систему, используя так называемую эффективную теорию, которая описывает определенный набор экспериментальных данных и применяет логический механизм без прямой опоры на физические причины наблюдаемых явлений. То есть ученые решили учитывать только «существенные» физические аспекты, игнорируя все остальное.

Поскольку взаимодействующие частицы образуют пары, исследователи постарались найти «эффективное» описание, опирающееся на различия и сходства мономеров и димеров, а не на описание множества частиц в целом. Это значительно уменьшило количество учитываемых частиц и упростило задачу.