19.01.2010
На рис: Признаки математической структуры E8 физики впервые наблюдали во время экспериментов. (Illustration: Claudio Rocchini)
Физики из Великобритании и Германии впервые наблюдали в экзотических магнитных кристаллах необычный вид сложной симметрии под названием E8.
Руководитель экспериментов Раду Колдеа (Radu Coldea) из Оксфордского университета вместе с коллегами из Великобритании (the University of Bristol, Rutherford Appleton Laboratory) и Германии (the Helmholtz Zentrum Berlin – HZB) охладил кристаллы из ниобата кобальта (CoNb2O6 ) до 0.04 градуса выше абсолютного нуля. Атомы в таком квазиодномерном ферромагнетике выстроены в длинные цепочки, где каждый атом благодаря наличию электронов действует как крошечный магнит, спин которого направлен вверх или вниз.
Наложение поперечного (к направлению спинов) магнитного поля заставляет спины спонтанно переключать направление. Такие переключения или флуктуации распространяются по материалу, нарушая ферромагнитный порядок, и могут рассматриваться как квазичастицы. Причем флуктуации существуют даже при нулевой температуре, а ферромагнетизм разрушается при достаточно сильном магнитном поле. «Подобные фазовые переходы происходят между разными фазами вещества при нулевой температуре. Вблизи точки перехода возникают экзотические симметрии, которые управляют спектром возбуждения системы. Симметрия, описанная группой Е8, которая была давно предсказана, появляется вблизи критической точки у модели цепочек Изинга. Мы обнаружили эту систему экспериментально», – рассказывают авторы.
С помощью нейтронного рассеяния ученые смогли определить энергию квазичастиц. В отсутствии магнитного поля они обнаружили пять квазичастиц, энергии которых описываются математической формулой Барри Мак-Коя и других (Barry McCoy, 1978).
Колдеа с коллегами затем повторили свои эксперименты в магнитном поле. Когда его значение достигло критической величины в 5.5 Tесла, соотношение энергий первых двух квазичастиц равнялось 1.618, то есть характерной величине «золотого сечения», предсказанной симметрией E8. Раду Колдеа убежден, что это не простое совпадение, а отражение неуловимой формы порядка, присутствующего в квантовых системах. Он считает, что похожие «спрятанные» симметрии могут также управлять физикой других материалов вблизи с критическими точками, где самоорганизуются электроны.
Российский ученый Александр Замолодчиков (в настоящее время в Rutgers University in Piscataway, New Jersey) указывал еще в конце 80 годов прошлого века, что симметрия Е8 при некоторых условиях может описывать спектр возбуждений спина в одномерных ферромагнитных цепочках Изинга. Симметрия играет фундаментальную роль в нашем понимании физического мира. E8 присутствует и в теории струн, и в «теории всего» Гаррета Лизи (Garrett Lisi, 2007 год), в которой сделана попытка описать взаимодействие всех известных частиц. К сожалению, ученые удалось различить только самые низкие энергии квазичастиц при магнитном поле выше 5 Тесла.
Quantum Criticality in an Ising Chain: Experimental Evidence for Emergent E8 Symmetry.
R. Coldea et al. Science Vol. 327. no. 5962, pp. 177 - 180 (DOI: 10.1126/science.1180085).
http://physicsworld.com/cws/article/news/41373
