海德堡物理學家匯集了兩種新的對立量子理論

該框架由海德堡大學理論物理研究所的研究人員創建，解釋了準粒子是如何產生的以及如何連接兩個先前斷開的量子態。研究小組表示，這項進展可能對探索量子物質的實驗產生重要影響。

新理論統一了相互競爭的量子模型

多體量子物理學依靠不同的模型來解釋電子或奇異原子等雜質如何與周圍的粒子相互作用。

完善的圖像是基於準粒子的。在這個模型中，單一雜質穿過費米子海洋，包括電子、質子或中子，同時與周圍的粒子相互作用。當它移動時，它有效地帶走這些鄰近的粒子，形成一個稱為費米極化子的組合實體。儘管它的行為像單一粒子，但這種準粒子是由雜質及其周圍粒子的集體運動產生的。

海德堡大學理論物理研究所博士生 Eugen Dizer 表示，這種準粒子模型已成為理解相互作用系統的關鍵工具，包括超冷原子氣體、固態材料和核物質。

解決長達十年的量子難題

當雜質非常重且基本上不可移動時，就會出現截然不同的情況。在這種情況下，稱為安德森災難性正交性的現象就出現了。

重雜質並沒有產生準粒子，而是大大改變了量子系統，以至於周圍費米子的波函數失去了原來的形式。結果，複雜的背景阻礙了準粒子所需的協調運動。

幾十年來，物理學家不乏理論來解釋這兩種截然不同的描述如何結合在一起。海德堡團隊利用各種分析技術，現已展示如何將移動和準移動雜質模型統一到一個理論架構中。

微小的動作揭示了缺失的連接

理查德·施密特博士領導的量子物質工作組成員尤金·迪澤 (Eugen Dizer) 解釋說：“所開發的理論框架解釋瞭如何在雜質含量非常高的系統中產生準粒子，將長期以來單獨處理的兩種範式聯繫起來。”

研究人員發現，即使是非常重的雜質也不是完全靜止的。隨著周圍環境的適應，這些雜質仍然會發生微小的運動。這些微小的運動產生了一個能隙，使準粒子能夠從原本保留在高度相關的量子背景中的東西中出現。

新框架自然地解釋了量子系統如何在極化態和分子態之間轉變。

對量子材料和未來實驗的影響

施密特教授表示，新理論提供了一種通用的方法來描述不同空間維度和廣泛相互作用中的量子雜質。

海德堡物理學家補充說：“我們的研究不僅推進了對量子雜質的理論理解，而且對於正在進行的超冷原子氣體、二維材料和新型半導體實驗也很重要。”

研究由海德堡大學 STRUCTURES Cluster of Excellence 和 ISOQUANT 合作研究中心 1225 進行。研究結果發表在期刊上 體檢信。