Открыт новый закон сохранения в конденсированных средах

Неупорядоченные спиновые системы раз за разом преподносят физикам настоящие сюрпризы (изображение с сайта physics.uiuc.edu)

Физики-теоретики открыли систему, в которой наряду с законом сохранения импульса обнаружился и закон сохранения положения центра масс. Открытие должно оказаться полезным при изучении квантовых конденсированных сред.

С проявлениями разных законов сохранения (энергии, импульса и углового момента) можно нередко столкнуться и в повседневной жизни. В современной физике, в особенности при описании микромира, иногда встречаются и некоторые другие законы сохранения. Каждый из таких законов — настоящая находка для физиков-теоретиков, поскольку позволяет справиться с нерешенной задачей или резко упростить уже известное решение.

Интересно, что физики по сих пор продолжают открывать новые законы сохранения. Так, в недавней статье A. Seidel et al., Physical Review Letters 95, 266405 (27 December 2005), доступной также как cond-mat/0509071, описывается интересный класс систем, в которых наряду с законом сохранения импульса обнаружился и новый закон — закон сохранения положения центра масс.

В обычном мире такого закона сохранения нет. Например, положение центра масс движущегося тела, разумеется, зависит от времени и совершенно не сохраняется. Однако разнообразные новые явления возникают, когда отдельные частицы объединяются в конденсированную среду с сильным взаимодействием.

Известно, что сложно взаимодействующую систему из очень большого числа частиц можно как бы «переписать в новых обозначениях», в виде набора квазичастиц. Свойства такого «газа квазичастиц» могут быть очень непохожи на свойства обычного вещества (см., например, заметку Впервые наблюдалось «раздвоение личности» у квазичастицы). Именно в поведении некоторых таких систем и обнаружился новый закон сохранения.

«Придумывание» новых законов сохранения, на самом деле, не было самоцелью этой работы. На них исследователи наткнулись в процессе поиска новых квантовых состояний вещества, например неупорядоченных состояний при нулевой температуре. Выяснилось, в частности, что одновременное требование законов сохранения координаты и импульса центра масс автоматически приводит к красивому эффекту: дроблению квантовых чисел. Напомним, что именно это явление стоит за дробным квантовым эффектом Холла.

Общие теоремы, доказанные авторами, простота теоретических и численных расчетов, к которым приводит такой подход, позволяют авторам надеяться, что именно на этом пути можно прийти к более ясному пониманию поведения многочастичных квантовых систем.

Игорь Иванов