Se on sekä fysiikan että jokapäiväisen kokemuksen totuus, että asiat hajoavat. Jää sulaa. Rakennukset murenevat. Mikä tahansa esine, jos odotat tarpeeksi kauan, sekoittuu tuntemattomaan itseensä ja ympäristöönsä.

Mutta vuodesta 2005 alkaen sarja läpimurtoja sai tämän kuolemanmarssin näyttämään valinnaiselta. Oikeassa kvanttiasetuksessa mikä tahansa elektronien tai atomien järjestely pysyisi paikallaan koko ikuisuuden – jopa epätasaiset järjestelyt, jotka jyskyttävät toimintaa. Löytö lensi vastoin tavanomaista viisautta, jonka mukaan kvanttiilmiöt olivat hauraita asioita, jotka voidaan havaita vain erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Se loi reiän myös termodynamiikan perusteisiin, fysiikan kunnioitettavaan haaraan, joka selittää lämmön ja entropian kaltaiset ilmiöt väistämättöminä seurauksina valtavien hiukkasparvien vuorovaikutuksesta.

Tulokset olivat järkytys fyysikoille, kuten Norman Yao, tuolloin jatko-opiskelija, joka on nykyään professori Harvardin yliopistossa. "Pyhä helvetti", hän muisteli ajattelevansa käyttämällä helvettiä vahvempaa sanaa. "Jos tämä pitää paikkansa vuorovaikutteisessa, monihiukkasjärjestelmässä, tilastollinen mekaniikka epäonnistuu. Termodynamiikka epäonnistuu."

Ajatus radikaalista uudesta kvanttivakaudesta levisi. Se inspiroi teoreetikot loihtimaan joukon uusia kvanttiaineen vaiheita, kuten aikakiteitä – järjestelmiä, jotka ylläpitävät toistuvaa käyttäytymistä loputtomiin absorboimatta energiaa. Ja kvanttiinsinöörit, jotka taistelevat kubittien uteliaisuutta vastaan ​​rakentaakseen kvanttitietokoneita, ottivat mielellään tämän osoituksen, että heidän taistelunsa oli voitettavissa.

”Kvanttitietokoneessa sinulla on oltava muisti alkuolosuhteistasi; muuten et voi tehdä mitään”, Yao sanoi.

Todisteiden kertyminen saavutti huippunsa vuonna 2014, kun tiukka matemaattinen todiste siitä, että kvanttikuviot voivat todellakin kestää ikuisesti.

Viime vuosina lupaus ikuisesti vakaista kvanttirakenteista on kuitenkin itse alkanut horjua. Tällaiset kuviot voivat todellakin kestää aioneja, kuten läpimurtokokeet havaitsivat. Mutta kiivaasti käydään keskustelua siitä, voivatko nuo aionit todella ulottua ikuisuuteen, kuten monet fyysikot ovat uskoneet. Kvanttikohtalon perustavanlaatuista luonnetta tutkiessaan mukana olevat fyysikot ovat löytäneet ennen tuntemattomia kvanttiilmiöitä, jotka uhkaavat suurten hiukkaslaumojen vakautta.

"Luulit ymmärtäväsi [tämän idean] todella hyvin, ja nyt et ymmärrä", sanoi Vedika Khemani, fyysikko Stanfordin yliopistossa. "Sepä hauskaa. Taas on mysteeri ratkaistava."

Ikuisuuden maku

Phil Anderson, fyysikko, josta tulisi alansa legenda, otti varhaisen vihjeen kvanttiikuisuudesta. 1950-luvulla Anderson opiskeli Bell Labsissa, mikä oli tuolloin huippufysiikkaa – puolijohteiden sisällä olevien elektronien käyttäytymistä. Yrittäessään ymmärtää hämmentäviä kokeellisia tuloksia hän huomasi ajattelevansa abstraktimpaa ongelmaa.

Oliko mahdollista, Anderson ihmetteli, vangita yksi kvanttihiukkanen paikoilleen?

Klassinen esine, kuten biljardipallo, on helppo vangita. Ympäröi se vain esteillä, kuten biljardipöydän kiskoilla. Mutta kvanttihiukkaset voivat kulkea täysin piittaamatta esteistä "tunneloimalla" niiden läpi. Ongelma on siinä, että he eivät voi matkustaa kauas. Tunnelointi muuttuu kovaksi – toisin sanoen eksponentiaalisesti epätodennäköiseksi – mitä pidemmälle hiukkanen yrittää mennä. Anderson pohti, mikä ympäristö voisi sisältää kvanttipakotaiteilijan.

Hänen mukaansa salaisuus oli kiinnittää hiukkanen "järjestyneeseen" kvanttimaisemaan, joka on täynnä huippuja ja laaksoja. Jokaisella sijainnilla olisi satunnainen korkeus, joka edustaa satunnaista energiaa. Todellisessa materiaalissa tämä häiriö saattaa johtua epäpuhtauksista, kuten puuttuvista atomeista tai eri alkuaineiden atomeista.

Anderson päätteli riittävän epäjärjestyksen vuoksi, että hiukkanen ei koskaan tunneliisi kauas. Tunneloidakseen hiukkasen on löydettävä paikka, jolla on samanlainen energia (tai samalla korkeudella) kuin se, josta se lähtee. Ja enemmän epäjärjestystä tekee tällaisista paikoista harvempia. Katsomalla maisemaa pidemmälle, hiukkanen saattaa pystyä etsimään ehdokaskohteita kunnollisella leikeellä. Tämä nopeus voi olla melko nopea "korkeammissa" ulottuvuuksissa, kuten 2D-tasoissa ja 3D-tiileissä, joissa hiukkasella on enemmän vaihtoehtoja. Mutta eksponentiaalinen vaikeus päästä noihin paikkoihin kasvaisi aina vielä nopeammin, mikä teki tunneloinnin epätodennäköisen ehdotuksen.

Tunnelointi ei riittänyt, Anderson väitti 1958-paperi. Minkä tahansa ulottuvuuden epäjärjestynyt maisema "lokalisoisi" hiukkasen. Teos jäi pääosin lukematta vuosiksi, vaikka se auttaisi lopulta varmistamaan hänelle osuuden Fysiikan Nobel-palkinto 1977.

Vaikka Andersonin pohdiskelut olivat saaneet inspiraationsa puolijohteessa olevista elektroneista, hänen kehystyksensä paljastaa, että hän ajatteli abstraktimmin. Poikkeama, joka oli motivoinut häntä, oli elektronien salaperäinen vastustus lämpökäsittelynä tunnetulle prosessille. Hän pyrki ymmärtämään syvemmin, milloin järjestelmä termistyi tai ei. Hän ei ollut ensimmäinen fyysikko, joka tutki tätä ilmiötä, mutta hänen työssään esittämänsä kysymykset vangitsisivat myöhemmän fyysikoiden sukupolven mielikuvituksen.

"Se oli 50 vuotta aikaansa edellä", sanoi David Huse, fyysikko Princetonin yliopistosta.

Arkikielellä termisointi on luonnollinen taipumus järjestelmien sekoittumiseen. Uusi korttipakka menettää nopeasti alkuperäisen järjestyksensä. Hiekkalinna kiemurtelee märänä hiekkakimpaleena. Termodynamiikassa tämä suuntaus on suora seuraus tilastoista. On vain muutamia tapoja tilata ja valtava määrä tapoja sekoittaa, joten alun perin tilattu järjestelmä on erittäin todennäköistä, että se menee sekaisin.

Termisoinnin tärkein ominaisuus on, että kaikki alkuperäiset kuviot pyyhkiytyvät pois sekoituksesta. Esimerkiksi mikä tahansa alkupiste tai energian keskittyminen leviää, kunnes leviäminen ei ole enää mahdollista. Tässä vaiheessa järjestelmä muuttuu vakaaksi ja lakkaa muuttumasta huomattavasti - skenaariofyysikot kutsuvat termiksi termisen tasapainon.

Jälkeenpäin katsottuna fyysikot näkevät, että Andersonin työ sisälsi lämpökäsittelyn vastaisen kapinan siemeniä. Hän oli osoittanut, että epäjärjestynyt maisema voi vangita yhden hiukkasen. Avainkysymys oli: Voisiko se lokalisoida monia hiukkasia? Jos hiukkaset juuttuvat paikoilleen, energia ei leviäisi, eikä järjestelmä koskaan termistyisi. Termisoinnin vastakohtana lokalisointi edustaisi täysin uudenlaista vakautta, odottamatonta tapaa energian kvanttikuvioiden säilymiselle ikuisesti.

"Tieden, onko lämpökäsittely tämä universaali asia, joka tapahtuu suljetussa järjestelmässä vai voiko se hajota kokonaan", sanoi Maissam Barkeshli, Marylandin yliopiston fyysikko, "on yksi fysiikan perustavanlaatuisimmista kysymyksistä".

Tähän kysymykseen vastaaminen vaatisi kuitenkin sellaisen ongelman ratkaisemista, joka sai Andersonin Nobel-palkitusta teoksesta näyttämään lämmittelyltä. Peruskysymys on, että hiukkasryhmät voivat vaikuttaa toisiinsa valtavan monimutkaisilla tavoilla. Näiden vuorovaikutusten selvittäminen osoittautui niin monimutkaiseksi, että lähes 50 vuotta kului Andersonin vuoden 1958 artikkelin ja ensimmäisten vakavien yritysten välillä ymmärtää lokalisaatiota monihiukkasjärjestelmissä, joita fyysikot kutsuvat monen kappaleen lokalisaatioksi.

Uskomaton vastaus, joka ilmestyi puoli vuosisataa myöhemmin, oli, että lämpökäsittely ei ole aina väistämätöntä. Lämpenemisen uhalla useiden kehojen lokalisointi näytti mahdolliselta.

"Se rikkoo termodynamiikan lakeja", sanoi Wojciech De Roeck, fyysikko KU Leuvenissa Belgiassa. "Se tarkoittaa, että kaaos ei aina voita."

Monikehoisen lokalisoinnin nousu

Andersonin teosten menestys jatko-osa tuli vuonna 2005, jolloin Denis Basko, Igor Aleiner ja Boris Altshuler, Princetonin ja Columbian yliopistoissa työskentelevät fyysikot, julkaisivat merkittävän paperin, joka tekisi heidän nimikirjaimistaan ​​välittömästi alan tutkijoiden tunnistettavaksi. Siinä BAA tutki, voisivatko metallin atomiepäpuhtaudet lokalisoida elektroneja, vangita ne atomien lähelle ja muuttaa johtavan materiaalin eristeeksi.

In 88 sivut Tiheässä matematiikassa, joka sisältää 173 numeroitua yhtälöä ja 24 lukua (lukuun ottamatta liitteitä), BAA osoitti, että sotkuinen materiaali voi todellakin pysäyttää elektroniryhmiä niiden jäljessä, aivan kuten Anderson oli osoittanut, että se voisi pysäyttää yhden hiukkasen. Heidän työnsä käynnisti tehokkaasti monikehojen lokalisoinnin eli MBL:n tutkimuksen.

"Se oli todella tour de force", Khemani sanoi. "He osoittivat, että MBL on vakaa kaikissa ulottuvuuksissa." Teos oli myös läpitunkematon. Tutkijat uskoivat sen, mutta eivät ymmärtäneet sitä tarpeeksi hyvin rakentaakseen sen pohjalle. "Kukaan muu kuin he eivät todellakaan pystyisi tekemään BAA-laskelmaa", sanoi Jed Pixley, kondensoituneen aineen fyysikko Rutgersin yliopistosta.

Mutta BAA:n löydös lähetti värejä Princetonin kampuksella. Basko kertoi ystävälleen Vadim Oganesyanille, joka keskusteli asiasta neuvonantajansa David Husen kanssa. Heillä oli jo tietokonesimulaatioita, joiden avulla he voisivat testata BAA:n ideoita suoremmin termisoinnin abstraktimmassa kontekstissa.

Simulaatioissaan Huse ja Oganesyan asettivat kvanttihiukkasten ketjuja, jotka voivat osoittaa ylös tai alas ja kääntää naapureitaan. Kun he lisäsivät yhä enemmän epäjärjestystä lokalisointireseptin mukaisesti, he näkivät merkkejä siitä, että hiukkasketjut olivat siirtymässä lämpöskenaariosta (jossa esimerkiksi nopeasti käännetty hiukkanen levittäisi energiaansa ja alkaisi kääntää naapureitaan) lokalisoitu skenaario (jossa hiukkanen kestäisi energiaansa). Siirtyminen lämpökäsittelystä lokalisaatioon tietyllä häiriötasolla näytti pikemminkin siirtymiltä aineen faasien välillä, kuten nesteen ja jään välillä, jotka tapahtuvat tietyssä lämpötilassa.

Voisiko MBL luokitella eräänlaiseksi vaiheeksi? Vaiheilla on erityinen asema fysiikassa. Niillä on myös erityinen määritelmä. Ratkaisevaa on, että aineen faasin on oltava stabiili äärettömän pitkän ajanjakson ajan ja äärettömän suurelle järjestelmälle. Jos todellakin tapahtuisi siirtymä lämpökäsittelyn ja lokalisoinnin välillä ja jos lokalisointia tapahtuisi loputtomasti äärettömille järjestelmille, näitä kahta stabiilisuuden tyyppiä voitaisiin ehkä ajatella omana vaiheenaan.

Oganesyan ja Huse eivät pystyneet simuloimaan äärettömän pitkiä ketjuja äärettömän pitkiä aikoja (he pystyivät tekemään noin tusinaa hiukkasta), joten he eivät olleet yllättyneitä siitä, että he näkivät epätäydellisiä lokalisoinnin merkkejä. Mutta kun he pitivät ketjujaan, siirtyminen lokalisointiin muuttui terävämmäksi. Heidän ensimmäinen työnsä, julkaistu vuonna 2006, kiusoitti kiehtovaa mahdollisuutta, että äärettömän pitkillä ketjuilla, joissa on tarpeeksi epäjärjestystä, voisi olla lokalisointivaihe.

Ehkä vielä tärkeämpää on, että heidän simulaatioidensa oli helppo ymmärtää. "David teki laskelman, jotta kuka tahansa voisi tehdä sen", Pixley sanoi.

Myöhemmät numeeriset tutkimukset tukivat ajatusta, että karu maisema voisi lokalisoida energiaa, ja fyysikot alkoivat pohtia vaikutuksia. Energiatulvat, usein lämmön muodossa, pyyhkivät pois kvanttiaineen herkät faasit. Mutta jos riittävän rosoiset huiput voisivat pysäyttää energian leviämisen, kvanttirakenteet voisivat selviytyä tehokkaasti missä tahansa lämpötilassa. "Voit saada aikaan ilmiöitä, jotka todella yhdistämme ja ymmärrämme vain nollalämpötilassa", sanoi Anushya Chandran, Bostonin yliopiston fyysikko, joka opiskeli MBL:ää Princetonin jatko-opiskelijana.

Yksi korkean profiilin kvanttirakenne kasvaa ulos MBL:stä oli malli ajassa. Käännä hiukkasketjun toista päätä tietyllä nopeudella, ja koko ketju voi kääntyä kahden konfiguraation välillä absorboimatta mitään käännöstä aiheutuvaa energiaa. nämä "aikakristalleja” olivat eksoottinen aineen epätasapainoinen vaihe, joka oli mahdollista vain siksi, että riittävän epäjärjestynyt maisema esti mitään ajateltavissa olevaa hiukkasjärjestelyä saavuttamasta lämpötasapainoa.

"Ei vain ole analogia", sanoi Khemani, joka tuli Princetonin kautta tähän aikaan ja jatkoi uraauurtavaa roolia aikakiteiden ymmärtämisessä ja luomisessa. "Se on täydellinen paradigman muutos."

Teoreettisen palapelin viimeinen pala osui paikalleen vuonna 2014, jolloin John Imbrie, matemaattinen fyysikko Virginian yliopistosta, osoitti, että jos pystyisit yhdistämään äärettömän pitkän hiukkasketjun, jossa on tarpeeksi epäjärjestystä, kaikki kokoonpanot pysyisivät lokalisoituina. Huolimatta hiukkasten kyvystä olla vuorovaikutuksessa naapuriensa kanssa, ne yksittäin jatkaisivat oman asiansa tekemistä ikuisesti.

Tiukka matemaattinen todistus, jonka kaltaiset ovat harvinaisia ​​fysiikassa, oli viiden vuoden vaivannäön tulos. Se varmisti, että lokalisointi oli mahdollista ja vahvisti sen asemaa vaiheena. "Kun teet matemaattisen argumentin, sinun on harkittava kaikkia mahdollisuuksia", Imbrie sanoi. "Se on osa kauneutta."

Samoihin aikoihin fyysikot, joilla on kylmien atomien manipulointiin erikoistuneita laboratorioita, vahvistivat, että todelliset hiukkaset käyttäytyivät paljon samalla tavalla kuin digitaaliset hiukkaset. Vaatimaton määrä atomeja, joita erottavat valovuoret, leviää jääkauden tahtiin, sekä silloin järjestetty 1D-viivoiksi ja milloin ryhmitelty 2D-ruudukoiksi.

Kokeellisten, matemaattisten ja numeeristen todisteiden enemmistöllä MBL näytti olevan tarkoitettu astumaan faasisiirtymien panteoniin magnetismin ja suprajohtavuuden rinnalla. Fyysikot odottivat, että monet erilaiset järjestelmät eri ulottuvuuksissa voisivat räikeästi jättää huomioimatta oletetun termodynaamisen kohtalonsa.

Vuonna 2022 American Physical Society myönsi Altshulerille, Husele ja Aleinerille arvostetun Lars Onsager -palkinto, nimetty matemaattisen fyysikon mukaan, joka todisti, että a sarjakuva malli vangitsi vaihemuutoksen materiaalin magnetoituessa.

Mutta jo ennen palkintojen jakoa ajatus äärettömän kestävistä rakenteista oli alkanut hajota.

Heilutuksen alku

Ensimmäinen vapina tuli noin puolitoista vuotta Imbrien todisteen jälkeen.

Muista, että siirtymisen lämpökäsittelystä lokalisaatioon ajatellaan menevän alaspäin kuin siirtymät tuttujen aineen vaiheiden välillä. Kun metalli magnetoituu esimerkiksi, tietyt ominaisuudet muuttuvat tietyllä tahdilla, joita kuvataan tarkasti lasketuilla yhtälöillä. Näiden yhtälöiden tietyillä arvoilla on tietyt eksponentit, kuten 2 tuumaa x².

Todellista vaiheen muutosta varten yhdessä ulottuvuudessa matemaatikot olivat osoittaneet, että kahden näistä eksponenteista on oltava suurempi kuin 2. Mutta MBL-simulaatiot olivat havainneet niiden olevan 1 - suuri erimielisyys. Jonkin sisällä vielä julkaisematon esipainos julkaistiin vuonna 2015, Oganesyan ja Chandran yhdessä Bostonin yliopiston Christopher Laumannin kanssa osoittivat, että yhteensopimattomuus ei ollut vain triviaali sivuvaikutus lyhyiden ketjujen opiskelusta äärettömien ketjujen sijaan. Jotain perustavanlaatuisempaa tuntui olevan pielessä.

"He tutkivat sitä huolellisesti", Huse sanoi. "Mutta emme voineet selvittää, mikä oli vialla."

Seuraavien vuosien aikana tuli sarja suurempia shokkeja. Kuvittele, millainen vuoristomaisema johtaisi MBL:ään. Laajenna nyt maisemaa äärettömyyteen kaikkiin suuntiin. Jos tutkit sitä satunnaisesti tarpeeksi, törmäät jossain vaiheessa pidennettyyn litteään paikkaan.

Tasaisella vyöhykkeellä olevat hiukkaset voivat helposti löytää tiloja, joilla on samanlainen energia kuin tunnelissa, joten ne sekoittuvat ja termistyvät. Sellaisella alueella on runsaasti energiatiloja, mikä lisää todennäköisyyttä, että naapurivuorten hiukkanen voisi ottaa yhteyttä ja termistyä itsestään, väitti De Roeck KU Leuvenista ja François Huveneers, joka oli tuolloin Paris-Dauphinen yliopistossa Ranskassa. Siten tasainen vyöhyke voi toimia lämpöenergian lähteenä.

Mutta voisiko tällainen pieni laastari tuhota koko järjestelmän? Skenaario vaikutti intuitiivisesti yhtä uskottavalta kuin Denverin kylpytynnyri, joka aiheutti romahduksia Vailissa, Breckenridgessä ja Telluridessa. Fyysikot eivät hyväksyneet sitä heti. Kun De Roeck ja Huveneers esittivät mahdollisuuden konferensseissa, heidän puheensa herättivät yleisössä vihaisia ​​purkauksia.

"Se oli suuri yllätys", De Roeck sanoi. "Monet ihmiset eivät aluksi uskoneet meitä."

Vuodesta alkaen alkavassa artikkelisarjassa 2016, De Roeck, Huveneers ja yhteistyökumppanit esittivät kantansa prosessille, joka tunnetaan nykyään lumivyörynä. He väittivät, että toisin kuin kylpytynnyri, mikä alkaa lämpökäsiteltyjen hiukkasten pisaralta, voi lumipalloa valtamereen.

"Sinulla on lämpökylpy, ja se värvää naapurikohteita lämpökylpyyn", Imbrie sanoi. "Se voimistuu ja saa lisää ja lisää kohteita. Se on se lumivyöry."

Ratkaiseva kysymys oli, saako lumivyöry vauhtia vai menettääkö sen. Jokaisella askeleella lämpökylpystä tulisi todellakin suurempi ja parempi energiavarasto. Mutta jokainen vaihe teki myös seuraavan sivuston lämpökäsittelystä vaikeampaa. Andersonin yksittäisen hiukkasen lokalisointia muistuttava keskustelu päätyi kilpailuun kahden vaikutuksen välillä: kylvyn parantuminen vastaan ​​sen vaikeus kasvaa edelleen.

De Roeck ja Huveneers väittivät, että lumivyöryt voittaisivat kahdessa ja kolmessa ulottuvuudessa, koska ne varastoivat energiatiloja uskomattoman nopeasti - nopeuksilla, jotka liittyvät niiden nopeasti kasvavaan pinta-alaan (2D) tai tilavuuteen (3D). Useimmat fyysikot hyväksyivät, että lumivyöryt näissä maisemissa olivat pysäyttämättömiä, mikä teki MBL:stä etäisen mahdollisuuden levyissä tai tiileissä.

Mutta MBL:n mahdollisuus yksiulotteisissa ketjuissa säilyi, koska linjan yli pyyhkäisevä lumivyöry kerää energiatiloja hitaammin. Itse asiassa lämpökylpy kasvaa tehokkaammaksi suunnilleen samalla nopeudella, jolla kasvun vaikeus nousee. Se oli tasapeli. Lumivyöryt voivat jatkua 1D:nä tai pysähtyä.

Samaan aikaan muut fyysikot suhtautuivat epäilevästi siihen, että MBL voisi olla olemassa jopa 1D-ketjussa. Vuonna 2019 joukko slovenialaisia ​​kaaosasiantuntijoita, mukaan lukien Tomaž Prosen analysoi vanhat numeeriset tiedot uudelleen ja korosti sitä tosiasiaa, että maiseman muuttuessa vuoristoisemmaksi termistyminen hidastui valtavasti mutta ei koskaan pysähtynyt kokonaan — epämukava totuus, jonka MBL-tutkijat olivat pitäneet pienimuotoisten simulaatioidensa artefaktina. Anatoli Polkovnikov Bostonin yliopistosta ja Kuivaa Sels, nyt New Yorkin yliopistosta ja Flatiron Institutesta, tulivat muiden tutkijoiden joukossa vastaavia päätelmiä. Heidän väitteensä haastoivat suoraan MBL:n keskeisen viehätyksen: kvanttihiekkalinnan ikuisen elämän lupauksen.

"MBL:stä puhuvien teoreetikkojen tasolla", Chandran sanoi, "on rehellinen Jumalalle järjestelmä, jossa [termisaatioaika] ei ole vain maailmankaikkeuden ikä, emmekä näe sitä. Ei, se on todella ääretön."

Siitä seurasi kiivas keskustelu sekä tieteellisessä kirjallisuudessa että yksityisissä keskusteluissa. Sels ja Huse viettivät tuntikausia Zoomissa pandemian syvyyden aikana. He puhuivat toisinaan toistensa ohi, mutta kumpikin antaa toisilleen tuottavia oivalluksia. Kiistan perusteet ovat äärimmäisen teknisiä, eivätkä edes mukana olevat tutkijat pysty täysin ilmaisemaan kaikkia näkökulmia. Mutta viime kädessä heidän eroavaisuutensa johtuvat siitä, että jokainen leiri tekee erilaisen koulutetun – äärimmäisen koulutetun – arvauksen siitä, mitä näkisit, jos voisit katsoa hiukkasketjun kääntyvän ikuisesti.

Osapuolet ovat edelleen eri mieltä siitä, onko aito MBL-vaihe olemassa yhdessä ulottuvuudessa, mutta yksi yhteentörmäyksen konkreettinen tulos on se, että se sai tutkijat tarkastelemaan lumivyöryjen vaikutusta MBL:n oletettuun puhkeamiseen.

Skeptisillä ryhmillä "oli erittäin hyviä kohtia, mutta he veivät ne hieman liian pitkälle", Huse sanoi. "Se todella motivoi meitä."

Huse, yhteistyössä MBL-veteraanien, mukaan lukien Khemani, kanssa, keksi tavan simuloida lumivyöryn vaikutusta lyhyisiin ketjuihin ilman, että se laukaisi sitä. (Kukaan ei ole nähnyt lumivyöryä edes numeerisesti, koska riittävän suuren tasaisen pisteen saamiseksi saatat tarvita miljardien hiukkasten pituisen ketjun, Sels arvioi, ja tutkijat tutkivat tyypillisesti noin 12:n pituisia ketjuja.) Sels kehitti myöhemmin oman lumivyöry-pilkkansa. ylös.

Kaksi ryhmää saapui samankaltainen päätelmät vuonna 2021: MBL-siirtymä, jos se oli olemassa, vaati paljon vuoristoisemman maiseman kuin tutkijat olivat uskoneet. Aiemmin MBL:n aiheuttavan lujuuden tason ansiosta termistyminen hidastuu, mutta ei pysähtynyt. Jotta kvanttilumimiehille annettaisiin mahdollisuus taistella lumivyöryjä vastaan, maiseman pitäisi olla epäjärjestyneempi kuin Huse ja yhtiö olivat epäillyt. Husen ryhmä havaitsi aluksi, että vuorten tulisi olla vähintään kaksi kertaa jyrkempiä. Selsin työ nosti tämän luvun vähintään kuusinkertaiseksi, mikä teki vuorista enemmän Himalajan kuin Kalliovuorten kaltaisia. MBL:ää saattaa silti esiintyä näissä äärimmäisissä olosuhteissa, mutta teoriassa, joka oli rakennettu vähemmän karun siirtymän ympärille, oli todellakin ongelmia.

"Otimme sen tavallaan liian perusteellisesti vastaan, emmekä katsoneet sen hienouksia", Huse sanoi.

Vuoden 2021 töissä tutkijat kirjoittivat ja laajensivat 1D-ketjujen MBL-vaihekaaviota. Kansasin kaltaisilla tasangoilla hiukkaset lämpenevät nopeasti. Kalliovuorilla tutkijat luokittelivat MBL-vaiheen uudelleen "esilämpöjärjestelmäksi". Tämä on näennäisesti vakaa järjestelmä, jonka löysi BAA, Princetonin simulaatiot ja atomikokeet. Mutta nyt tutkijat olivat päätyneet siihen, että jos odottaisi äärimmäisen pitkän ajan – kirjaimellisesti miljardeja vuosia joidenkin kokoonpanojen osalta – Kalliovuorten erottamat hiukkaset itse asiassa sekoittuvat ja lämpenevät.

Kalliovuorten takana on Himalaja. Mitä siellä tapahtuu, on edelleen avoin kysymys. Sels ja Prosen ovat vakuuttuneita siitä, että energia leviää ja lämpeneminen tapahtuu lopulta, vaikka se vie eoneja. Huse ja yritys uskovat edelleen, että aito MBL tulee voimaan.

Pääasiallinen syy heidän uskolleen MBL:ään on vuoden 2014 todiste. Aiemmin lukuisista todellisen MBL:n olemassaoloa tukevista todisteista Imbrien todiste on viimeinen. Ja kehitettyään urallaan räätälöityjä matemaattisia työkaluja juuri tämäntyyppisiin ongelmiin, hän seisoo sen puolella.

"Ei ole ennenkuulumatonta matematiikassa, että todistuksessa on virhe", hän sanoi, "mutta luulen tietäväni mitä teen."

Todistus kuitenkin jakaa fyysikot, koska fyysikot eivät ymmärrä sitä. Se ei johdu yrittämisen puutteesta. Laumann sai kerran Imbrien opettamaan todisteet hänelle ja kouralliselle tutkijoille viikon aikana Italiassa, mutta he eivät voineet seurata vaiheita yksityiskohtaisesti. Se ei kuitenkaan ole täysin yllättävää, sillä fyysikot käyttävät tyypillisesti matematiikkaa nopeammin ja löysemmin kuin matemaatikot. Imbrien argumentti ei riipu mistään tietystä maiseman jäykkyyden tasosta, joten viimeaikaiset MBL-vaihekaavion tarkistukset eivät heikennä sitä millään tavalla. Selvittääkseen, onko MBL todella olemassa, tutkijoiden on ryhdyttävä ja joko löydettävä ongelma todisteesta tai tarkistettava jokainen rivi.

Tällaisia ​​ponnisteluja on meneillään. Sels ja yhteistyökumppanit sanovat viimeistelevänsä väitteen, joka on ristiriidassa Imbrien kanssa. Samaan aikaan De Roeck ja Huveneers, matemaatikot, jotka löysivät lumivyöryjen uhan, yrittävät kirjoittaa Imbrien todisteen uudelleen helposti saavutettavaan muotoon kaksi vuotta. De Roeck sanoo, että he ovat laittaneet kaikki tärkeimmät osat paikoilleen, ja toistaiseksi logiikka näyttää vakaalta.

"MBL, uskon sen olevan olemassa", De Roeck sanoi. Mutta "teemme täällä matematiikkaa, joten mikä tahansa pieni ongelma voi suistaa koko asian."

Beyond Quantum Angels

Elämässämme maailmankaikkeudessa, joka itse termistyy jossain käsittämättömässä määrässä vuosia, pysyvyys on aina jonkinlainen illuusio. Manhattan vajoaa oman painonsa alla 1.6 senttimetriä vuosikymmenessä. Mantereet sulautuvat noin 250 miljoonan vuoden kuluttua. Ja kun se on myytti että keskiaikaisten lasimaalausten pohjat ovat hieman paksuuntuneet vuosisatojen aikana, fyysikot uskovat, että lasi virtaa tuntemattomalla aikaskaalalla, todennäköisesti useiden miljardien vuosien tai kauemmin.

Jos MBL osoittautuu epävakaaksi, monirunkoinen lokalisoitu järjestelmä on vähintään yhtä kestävä kuin mikä tahansa näistä esimerkeistä. Samoin ne kvanttiilmiöt, jotka riippuvat MBL-tiloista. Esimerkiksi aikakiteet saattavat menettää oppikirjamerkinnät "aineen vaiheiksi", mutta ne voisivat silti jatkaa tikitystä paljon, paljon pidempään kuin niitä simuloivat kvanttitietokoneet (tai tietokoneita käyttävät ihmiset, tuo asia). Monet akateemikot välittävät syvästi matemaattisesta mahdollisuudesta voittaa termisaatio kauniina, akateemisena kysymyksenä. Mutta nykyään useimmat eivät menetä paljon unta sen takia.

"Ehkä enkelit tanssivat aina neulan päässä", Chandran sanoi.

Sen sijaan Chandran ja muut ovat nauttineet mahdollisuudesta löytää uusi lämpöä aiheuttava ilmiö, jonka fyysikot saattavat itse asiassa havaita pienissä järjestelmissä.

Vuonna 2018 hän ja hänen työtoverinsa Philip Crowley olivat pyrkineet ymmärtämään, miksi pienet ketjut näyttivät lämpenevän hitaasti, vaikka ne olivat aivan liian pieniä, jotta litteitä kohtia muodostuisi. Kaksikko totesi, että hiukkasryhmillä oli toisinaan onnea ja ne lainasivat energiaa naapuriryhmältä tarkan määrän, jonka he tarvitsivat siirtyäkseen uuteen kokoonpanoon. He kutsuivat näitä yhteensattumia "resonansseiksi" ja havaitsivat, kuinka niillä oli taipumus levitä ryhmästä toiseen, mikä johti pitkittyneeseen lämpökäsittelyyn järjestelmissä, jotka olivat liian pieniä lumivyöryille. Vuonna 2020 he osoittivat, että resonanssit voivat selittää vuoden 2015 eksponenttieron ja monet hämärät ominaisuudet jotka ovat tulleet esiin numeerisissa kokeissa, oivalluksia, jotka auttoivat Husea ja yritystä päivittämään lyhyiden ketjujen vaihekaavion vuonna 2021.

Nykyään fyysikot uskovat, että resonanssit horjuttavat vaatimattomia ketjuja, joilla on Rockies-tason häiriö, kun taas lumivyöryt horjuttavat pidempiä ketjuja korkeammalla häiriötasolla.

Kun Chandran ja muut parantavat simulaatioitaan ja kokeilujaan ja tutkivat pidempiä, järeämpiä ketjuja, he ihmettelevät, mitä muuta Himalajalla ja sen ulkopuolella piilee.

"Näyttää siltä, ​​että siellä tapahtuu muuta fysiikkaa", Huse sanoi. "Se olisi mukavinta minulle. Tykkään löytää uusia asioita.”

Toimittajan huomautus: Muutama tässä artikkelissa esiintyvä tutkija on saanut rahoitusta Simons Foundationilta, joka rahoittaa myös tätä toimituksellisesti riippumatonta lehteä. Simons Foundationin rahoituspäätökset eivät vaikuta kattavuuteemme. Lisätietoja saatavilla tätä.