AB etkisi? Berry yönü? Fizikte bilinmesi gereken iki önemli kavram, buraya bakın!
19. yüzyılın ortalarında ve sonlarında, Maxwell ve diğerleri, o zamanın neredeyse tüm elektromanyetik olaylarını açıklayabilen oldukça eksiksiz bir klasik elektromanyetik teori sistemi kurdular. Bu sistemde çok özel bir miktar vardır - manyetik vektör potansiyeli Manyetik vektör potansiyelinin kıvrımını arayarak manyetik indüksiyon yoğunluğunu elde edebiliriz.
Klasik elektromanyetik teorinin bir başyapıtı olan Maxwell'den "Genel Elektromanyetizma Teorisi" (resim kaynağı: kitap kapağı)
Bununla birlikte, manyetik vektör potansiyeli ile manyetik indüksiyon arasında bire bir ilişki yoktur.Vektör potansiyelinden sonra ilave bir toplam türev terimi eklersek, yine aynı manyetik indüksiyonu elde edebiliriz ve bu dönüşüme aynı zamanda ayar dönüşümü de denir. Başka bir deyişle, manyetik vektör potansiyeli göstergede değişir (ve dolayısıyla gösterge potansiyeli haline gelir), manyetik indüksiyon yoğunluğu ise ölçü olarak sabittir.
Her zaman fiziksel dünyanın normları nasıl seçtiğimize bağlı olamayacağına inandık. Bu nedenle, bu anlamda insanlar bir zamanlar manyetik vektör potansiyelinin fiziksel olmadığını düşünüyorlardı. Doğrudan gözlemlenemediği için sadece matematiksel hesaplama kolaylığı sağlar ve herhangi bir fiziği yansıtmaz. Bu anlayış insanların zihninde yaklaşık bir asırdır devam etti ve 1959 yılına kadar Akharonov-Bohm etkisi doğdu, insanların kavramı tereddüt etmeye başladı.
Akharonov-Bohm etkisi
1959'da Aharonov ve Bohm, Physical Review'de bir makale yayınlamak için işbirliği yaptı. Makalede, elektronların manyetik bir alandaki hareketine ilişkin varsayımsal bir girişim deneyi önerdiler (aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi): İki elektron demeti aynı anda A noktasından başlar, B, C'den geçer ve aynı anda F noktasına ulaşır ve ABFC'nin ortasına bir spiral yerleştirir. Teorik hesaplamalardan, iki elektronun sonunda F noktasına ulaştıklarında sabit bir faz farkına sahip olacağını buldular. Bu faz farkı yalnızca solenoiddeki manyetik akıya bağlıdır ve uzay ölçer potansiyelinin seçimine bağlı değildir, yani, Normatif olduğunu söyledi.
AB etkisinin şematik diyagramı (resim kaynağı: referans)
Böyle bir sistem için manyetik alanın sadece solenoidde olduğunu dikkatli bir analizle bulmak bizim için zor değil.ABFC yolunda elektronlar manyetik alanı hissedemez.Manyetik alan hissedilemediği için iki yol tamamen simetriktir. Peki bu faz farkı nereden geliyor?
Akharonov ve Bohm tarafından verilen açıklama şudur: Elektromanyetik alanda, manyetik indüksiyon yoğunluğu tüm bilgileri içermez ve onun gösterge potansiyeli daha önemlidir. Çünkü hareket sırasında iki elektron manyetik indüksiyon yoğunluğunu hissedemese de, hareket sırasında hissedilen vektör potansiyeli her zaman farklıdır, dolayısıyla faz farkı birikir. Bu nedenle, bu düşünce deneyi, gösterge potansiyelinin doğrudan gözlemlenebilir etkiler üretebileceğini ve sadece matematiksel bir numara olmadığını, fiziği gerçekten yansıtabileceğini açıklığa kavuşturuyor.
Yakında, ertesi yıl, Aharonov ve Bohm'un teorisi Chambers'ın deneyleriyle doğrulandı. Daha sonra bu fenomen aynı zamanda Akharonov-Bohm etkisi veya kısaca AB etkisi olarak da adlandırıldı. A ve B'nin sadece iki kaşifin baş harfleri değil, aynı zamanda sırasıyla manyetik vektör potansiyelinin ve manyetik indüksiyonun harf işaretleri olduğunu ve dolayısıyla AB etkisine daha derin bir anlam daha verdiğini belirtmekte fayda var.
Yakir Akharonov (Resim kaynağı: Wikipedia)
David Bohm (Resim kaynağı: Wikipedia)
Not: Gösterge potansiyeli yalnızca gözlemlenebilir etkiler üretebilir, ancak yine de gözlemlenemeyen bir ölçüdür, çünkü yalnızca sabit ölçülü fiziksel büyüklükler gözlemlenebilir. AB etkisinde, doğrudan gösterge potansiyeli tarafından üretilen faz farkı ölçü değişmezdir ve gözlemlenebilir bir ölçüdür.
Berry fazı
1984'te Berry araştırmasında, bir sistemin Hamiltoniyeni adyabatik yaklaşım koşulları altında bir zaman periyodu ile değişen bir parametreye bağlı olduğunda, sistemin doğal bir gücü biriktirmenin yanı sıra bir süre için evrimleşeceğini keşfetti. Öğrenme aşamasına ek olarak, özel bir aşama olacak.
Michael Berry (Resim kaynağı: Wikipedia)
Bu özel aşamayı dikkatlice inceledikten sonra Berry, bu aşamanın aslında adyabatik duruma bağlı olmadığını, sistemin içsel bir özelliğidir.Aynı zamanda parametrenin değişim yoluna değil, sadece başlangıç ve son değerlerine bağlı olduğunu keşfetti. Bu nedenle, Berry bu özel aşamayı geometrik aşama olarak adlandırdı ve sonraki nesiller de Berry aşaması olarak adlandıracak.
Yukarıdakiler aracılığıyla, AB etkisinin ve Berry fazının faz dışında başka bir bağlantısı olmadığını gördük. Aslında hepsi aynı matematiksel yapıya sahip. AB etkisini, genelleştirilmiş bir AB etkisi olan Berry fazının spesifik bir fiziksel gerçekleşmesi olarak tamamen düşünebiliriz.
Geometrik faz ve topoloji
AB etkisi ve Berry fazı, gösterge potansiyelinin daha gerekli olduğunu ve doğrudan gözlemlenebilir etkiler üretebileceğini açıklığa kavuşturur. Diğer bir önemli değer, fizikteki topolojik etkileri daha derinlemesine anlamamıza yardımcı olmasıdır. Daha önce de bahsettiğimiz gibi, Berry fazı parametre değişimlerinin yoluna bağlı değildir, bu özellik aslında bizim sıklıkla topoloji dediğimiz şeydir, yani sürekli deformasyon altında değişmeden kalır.
Örneğin, yoğunlaştırılmış madde fiziğinde çok sıcak olan topolojik yalıtıcılar ve topolojik süperiletkenler, Berry fazıyla yakından ilişkilidir. Topolojik yalıtkanlarda Chen sayısının çok önemli bir fiziksel büyüklük olduğunu biliyoruz, çünkü maddenin iki farklı halinin topolojik olarak eşdeğer olup olmadığını belirleyebilir.Aslında bu Chen sayısının 2 katı momentum uzayındaki Berry fazıdır. Diğer bir örnek, katı sistemlerdeki Majorana fermiyonlarıdır ve son yıllarda çok dikkat çeker Bu tür yarı parçacıkların uyarılması da AB etkisinden ayrılamaz.
2016 Nobel Fizik Ödülü, maddenin topolojik faz geçişini ve topolojik fazını teorik keşiflerinden dolayı David Solis, Duncan Haldane ve Michael Costelitz'e verildi (Resim kaynağı: Nobel Ödülü Resmi internet sitesi)
Sonuna yaz
Sonuç olarak, AB etkisinin ve Berry fazının keşfi, kuantum mekaniğinin temel teorisinin mükemmelliği üzerinde yeri doldurulamaz bir etkiye sahiptir ve aynı zamanda maddenin topolojik durumları hakkındaki anlayışımızı ve bilgimizi derinleştirir.
"
Referanslar
Wikipedia, Aharonov Bohm etkisi, https://en.wikipedia.org/wiki/Aharonov-Bohm_effect
Wikipedia, Geometrik faz, https://en.wikipedia.org/wiki/Geometric_phase
Aharonov, Y; Bohm, D (1959). "Kuantum teorisinde elektromanyetik potansiyellerin önemi." Fiziksel İnceleme 115 (3): 485-491.
M. V. Berry (1984). "Adyabatik Değişimlere Eşlik Eden Quantal Faz Faktörleri". Royal Society'nin Bildirileri A. 392 (1802): 45-57.
Üretildi | Popüler Bilim Çin
Üretim | Bilim İletişim Derneği, Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
Yapımcı | Bilgisayar Ağı Bilgi Merkezi, Çin Bilimler Akademisi
Yayıncı: Buzsuz Coke, Cloudiiink
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
