mechanika kwantowa

Wyobraź sobie materiał, w którym energia i masa płyną bez jakiegokolwiek oporu — bez strat, tarcia czy spowolnienia. Brzmi jak science fiction? A jednak właśnie taki układ udało się stworzyć naukowcom z TU Wien. Ich eksperyment pokazuje, że w świecie kwantowym znane nam prawa transportu mogą przestać obowiązywać.

Gdy protony zderzają się z ogromnymi energiami w akceleratorach cząstek, świat subatomowy zamienia się w prawdziwy chaos. Kwarki i gluony - podstawowe „klocki”, z których zbudowane są protony - wchodzą w niezliczone interakcje, pojawiają się i znikają cząstki wirtualne, a cały układ przypomina kipiący wrzątek. Intuicja podpowiada, że taka faza zderzenia powinna być znacznie bardziej „nieuporządkowana” niż to, co obserwujemy później, gdy z obszaru kolizji wylatują już gotowe hadrony.

Gdy we Wszechświecie dochodzi do najbardziej gwałtownych zjawisk – zderzeń gwiazd neutronowych lub połączeń czarnych dziur – powstają fale grawitacyjne. Te niezwykle subtelne zaburzenia czasoprzestrzeni zostały przewidziane ponad sto lat temu przez Albert Einstein, a po raz pierwszy bezpośrednio zarejestrowane dopiero w 2015 roku. Od tego momentu astronomia wkroczyła w zupełnie nową erę. Teraz jednak naukowcy myślą o kolejnym kroku: nie tylko o obserwowaniu fal grawitacyjnych, lecz także o ich aktywnym oddziaływaniu ze światłem – a nawet o badaniu ich kwantowej natury.

Prawa termodynamiki to jedne z najbardziej fundamentalnych zasad fizyki. Uczą nas, że energii nie da się stworzyć z niczego, a entropia — miara nieuporządkowania — zawsze rośnie. Te reguły świetnie sprawdzają się w świecie silników parowych, lodówek czy elektrowni. Ale co dzieje się wtedy, gdy próbujemy zastosować je do mikroskopijnego świata kwantów? Z tym właśnie problemem zmierzyli się naukowcy z Uniwersytetu w Bazylei, proponując nowe, spójne podejście do opisu pracy i ciepła w układach kwantowych.