Физици от Университета в Хайделберг разработиха нова теория, която обединява две отдавна конкуриращи се описания в квантовата физика. Работата предлага единно обяснение за това как необичайна частица се държи в плътна квантова среда, известна като морето на Ферми. Изследването свързва две, на пръв поглед противоположни описания на един примес, който се движи през голямо струпване от фермиони или остава почти неподвижна.

Новата теория, създадена в Института по теоретична физика към Университета в Хайделберг обяснява как възникват квазичастиците и свързва две квантови състояния, които досега не са били свързвани. Екипът от изследователи счита, че това постижение може да има важно значение за експериментите по изучаване на квантовата материя.

Дълго време в квантовата физика на много тела се използваха различни модели за обяснение на това как примеси, като екзотични електрони или атоми взаимодействат с околните частици. Една от утвърдените представи се основава на квазичастиците. В този модел единична примес се движи през море от фермиони, включително електрони, протони или неутрони, като взаимодейства със съседните частици. Докато се движи, тя фактически увлича тези частици след себе си, създавайки комбиниран обект, наречен фермионов полярон. Въпреки че тази квазичастица се държи като единична частица, всъщност тя възниква от колективното движение на примесната частица и заобикалящите я частици.

Съвсем различна картина се получава, когато примесът е изключително тежък и практически не може да се движи. В тази ситуация влиза в сила явление, наречено „катастрофа на ортогоналността на Андерсън“. Вместо да се образува квазичастица, тежкият примес променя квантовата система толкова силно, че вълновите функции на околните фермиони губят първоначалната си форма. Възникващият сложен фон пречи на координираното движение, необходимо за съществуването на квазичастиците.

В продължение на десетилетия физиците не разполагаха с теория, която да обясни как тези две много различни описания се съчетават помежду си. Използвайки редица аналитични методи, екипът от Хайделберг показа как моделите на подвижна и почти неподвижна примес могат да бъдат обединени в единна теоретична основа.

„Разработената от нас теоретична основа обяснява как квазичастиците възникват в системи с изключително тежък примес, обединявайки две парадигми, които дълго време са се разглеждали поотделно.“

обяснява Ойген Дизер, докторант в Института по теоретична физика към Университета в Хайделберг