1, 2, 3, mnoho: několik částic se stává haldy

Fyzici v experimentu pozorují vznik mnohočásticového systému

Tvorba systému s mnoha těly: Jeden atom (modrý) slouží jako sonda k měření energie částice kolem částice (zelená), což má za následek systém mnoha částic © University of Heidelberg
číst nahlas

Pár, tucet, hrstka, banda: existuje celá řada společných podmínek pro různé skupiny věcí. Některé z nich jsou pevnými čísly, jiné jsou stanoveny pouze nepřesně. Ve fyzice je významné, z jakého počtu atomů v systému platí fyzikální pravidla, která pak mohou být aplikována na jakýkoli systém jakékoli velikosti. Rozhodujícím faktorem je přechod ze systému několika jednotlivých částic do systému popsaného nekonečným počtem částic. Fyzikům Heidelbergu se podařilo v experimentech s ultrachladnými atomy pozorovat takový přechod. Jejich výsledky výzkumu byly publikovány v časopise "Science".

Paradox Soritů: počítání zrn písku

Jak velký musí být soubor částic, takže na přesném počtu částic nezáleží? Tento fyzický problém je ve filozofii známý jako tzv. Soritův paradox. Zaměřuje se na otázku, kdy akumulace prvků tvoří „hromadu“. Paradox je často objasněn pomocí zrn písku: jediné zrnko písku zjevně není hromada. Dva ještě ne. Ale tři, pět, nebo jen deset nebo sto? Naopak vyvstává otázka, kolik zrn písku je třeba z hromady odstranit, aby to nebyla hromada, ale pouze soubor jednotlivých částic.

„Systémy, které se skládají z mnoha částic, je obvykle velmi obtížné přesně popsat mikroskopicky. Vědci tak často pracují s účinnými teoriemi, které se již nedívají na jednotlivé částice, jako jsou molekuly plynu ve vzduchu, ale na makroskopická množství, jako je tlak nebo teplota, “vysvětluje Selim Jochim z Institutu Maxe Plancka pro jadernou fyziku.

Dostatečný počet částic pro průměrnou hodnotu

Například teplota popisuje průměrnou rychlost všech částic v systému, nikoli přesnou rychlost každé částice. V komplexním systému nekonečných částic je nemožné přiřadit hodnotu každé jednotlivé částici, musí se použít průměr. Naproti tomu u pouze dvou částic leží průměrná hodnota přesně mezi nimi, a proto popisuje každou z těchto dvou částic pouze nepřesně. Kolik částic musí systém obsahovat, aby taková průměrná hodnota popisovala celý systém s dostatečnou přesností?

Výchozím bodem současných experimentů byl částicový systém vyvinutý vědci Heidelbergu, který byl tak malý, že jej bylo možné přesně popsat. Tento systém umožňuje reprodukovatelně řídit všechny vlastnosti, včetně přesného počtu částic, jejich stavu pohybu a jejich interakcí. V takzvaném jednorozměrném zachyceném plynu začali vědci jediný atom lithia ochlazený na téměř nulovou hodnotu. Postupně zvyšovali počet atomů v měřeném systému. Energie celého systému byla měřena znovu a znovu. zobrazit

Kvarteto tvoří hromady

Zkoumání nakonec ukázalo, že pro zde zkoumaný systém, i pro velmi málo atomů, se teorie odvozená pro nekonečně velký systém stává použitelnou. „Začínáme asi ze čtyř atomů, jednoduše řečeno, systém, který jsme studovali, je hromada ve smyslu Soritova paradoxu, “ řekl fyzik z Heidelbergu. Fyzický klastr je proto kvartetem v případě atomů lithia. „Výsledky, které byly nyní zveřejněny, jsou první, kdo realizuje naši vizi, jak pomocí těchto experimentů získat hluboký vhled do podstaty základních systémů s malými částicemi, například pro lepší pochopení atomových jader.“

(Science, 2013; doi: 10.1126 / science.1240516)

(Ruprecht-Karls-University Heidelberg, 28.10.2013 - AKR)