在宏观世界中，衰变是无情的：破碎的物质无法重新组装起来，比如你不能把破碎的镜子再组装回来原样。然而，在量子世界中，其他定律也是有效的：新研究表明，所谓的准粒子能够衰变并重新组装自己，因此几乎是不朽的。这些都是开发持久数据存储器的良好前景。俗话说，没有什么是永恒的，物理定律证实了这一点：在我们的星球上，所有过程都会增加熵，从而导致分子无序。例如一个破碎的玻璃杯再也不能把自己重新组装起来。
慕尼黑工业大学(TUM)和马克斯·普朗克复杂系统物理研究所的理论物理学家发现，在日常世界中看似不可思议的事情在微观层面上是可能的。到目前为止，人们的假设是，相互作用量子系统中的准粒子在一段时间后会衰变。现在知道事实恰恰相反：强相互作用甚至可以完全阻止衰变。晶体中的集体晶格振动，即所谓的声子，就是这种准粒子的一个例子。准粒子的概念是由物理学家、诺贝尔奖得主列夫·达维多维奇·兰道(LevDavidovichLandau)提出。
数值方法开辟了新的视角
无可否认，准粒子确实会衰变，但新的、相同的粒子实体会从碎片中出现。如果衰变速度非常快，一段时间后就会发生相反的反应，碎片就会再次聚合。这个过程可能会无休止地重复，在破碎和重生之间出现持续的振荡。从物理的角度来看，这种振荡是一种转化为物质的波，根据波粒二象性，这是可能的。因此，“不朽”准粒子不违反热力学第二定律。它们的熵保持不变，衰变已经停止。
现实的检验
这一发现也解释了迄今为止令人困惑的现象，实验物理学家已经测量出磁性化合物Ba3CoSB2O9具有惊人的稳定性。其他准粒子，如旋子，则确保了氦这种地球表面的气体在接近绝对零度时变成了液体，可以不受限制地流动。研究纯粹是基础研究，然而，完全有可能有一天，研究结果甚至会应用于应用领域，例如为未来量子计算机构建持久的数据存储。物质的量子态，如固体、磁体和拓扑相，通常表现为集体激发(例如声子、马格农子和任意子)。
这些涉及到系统中许多粒子的运动，引人注目的是，行为就像一个单一的涌现实体——准粒子。准粒子被认为是在最低能量下长期存在，当遇到高能量下不可避免的多粒子激发态连续体时，准粒子预计会变得不稳定，而高能量下的多粒子激发态在运动学上会衰变。虽然这对于弱相互作用是正确的，但研究证明了强相互作用通过将准粒子推出连续体来稳定它们。这一普遍机制是直接说明在一个精确可解的模型。
利用最先进的数学方法，发现它在自旋1/2三角形晶格海森堡反铁磁(TLHAF)中起作用，这是令人惊讶的预期。根据现有的实验数据，研究确定了TLHAF材料2Ba3CoSb2O9中避免衰变的详细现象学，甚至在准粒子衰变的最早实例之一：液氦中也是如此。该研究将普遍的低能量定律之上的各种现象综合起来加以描述。这拓宽了对多体激发态的理解，为在强相互作用状态下控制和稳定量子物质提供了一个新视角。
博科园｜研究/来自：慕尼黑工业大学参考期刊《自然物理学》DOI:10.1038/s41567-019-0535-3博科园｜科学、科技、科研、科普
