Физики подтвердили спин-зарядовое разделение в одномерной квантовой жидкости
Физики из Китая и США смогли независимо измерить свойства зарядовых и спиновых волн в одномерной ферми-жидкости, состоящей из атомов лития-6, запертых в оптических ловушках. Они смогли подтвердить спин-зарядовое (спин-плотностное в случае нейтральных атомов) разделение, предсказанное теорией более полувека назад. Исследование опубликовано в Science.
Львиную долю интереса в физике конденсированного состояния представляет изучение разнообразных элементарных возбуждений. Это могут быть волны атомных колебаний (фононы), спиновые волны (магноны), возбуждения электронных вакансий (дырок) и так далее. В строгом смысле даже элементарное возбуждение в твердом теле — это процесс, в котором принимает участие множество тел, а потому их невозможно описать из первых принципов. Вместо этого крайне плодотворным оказался подход, основанный на квазичастицах — эмерджентных объектах, описываемых таким образом, чтобы учесть все нюансы возбуждений в твердых или жидких телах. Подробнее о квазичастицах мы рассказывали в материале «Зоопарк квазичастиц».
Квазичастицами становятся даже фотоны в стекле (они превращаются в поляритоны) и электроны в кристаллах (электрон проводимости). Точно такой же подход применяется и к описанию ферми-жидкостей (холодных электронов, гелия-3): в этом случае фермионы заменяются квазичастицами, которые включают в себя взаимодействия с соседями. Новые квазичастицы остаются фермионами.
Последнее нарушается, когда все частицы в жидкости могут распространяться только вдоль одного из направлений. Теория Томонаги — Латтинжера (иногда просто Латтинжера) предсказывает, что в одномерных квантовых жидкостях (жидкостях Латтинжера) характер низкоэнергетических элементарных возбуждений меняется, и они становятся бозонами. Другим интересным следствием теории стала возможность того, что волны плотности частиц (в случае одномерной электронной жидкости речь идет о волнах зарядовой плотности, поэтому этот термин закрепился даже для нейтральных фермионов) и волны спиновых переворотов имеют различные скорости,