מחקר בגובה העיניים

מחקר בגובה העיניים

מפעל ייחודי של הקרן הלאומית למדע שמטרתו להנגיש את הישגי המחקרים הממומנים על ידה לציבור הרחב.

עובדות ומספרים

< חזרה למחקרים
פרופ' דורון כהן
פיסיקה
אוניברסיטת בן-גוריון בנגב
מדעים מדוייקים וטכנולוגיה
תקופת המחקר
2011-2015

הכאוס פוגש את העל-נוזליות

תורת הכאוס מסייעת להסביר כיצד תיתכן זרימה שאינה עוצרת, גם בהיעדר כוח מניע חיצוני

נכתב ע''י דורון כהן, 15 אוק 2016

מחקרנו עוסק בדינמיקה, כלומר בחקר התנועה של גופים, על פי מודלים קלאסיים ומודלים קוונטיים, ובפרט בגאומטריית טבעת. הגופים הם חלקיקים (אלקטרונים או אטומים) שהדינמיקה שלהם מתוארת על ידי מהלך אקראי בתווך לא-מסודר. במודלים קוונטיים יש לאפיין את החלקיקים גם מבחינת ה"סטטיסטיקה" שלהם: אם מדובר באלקטרונים, הרי שיותר משני חלקיקים אינם יכולים להימצא באותו מקום או עם אותה מהירות (מגבלה זו נקראת "עקרון האיסור של פאולי"). אך במחקר זה אנו מתמקדים באטומים מסוג בוזה, היכולים להימצא כולם באותו מקום (תופעה הנקראת "עיבוי בוזה-אינשטיין"). מצב כזה, שבו מספר גדול של חלקיקים הם בעלי אותן תכונות, נקרא "מצב קוהרנטי" (לדוגמה, קרן לייזר היא מצב קוהרנטי של פוטונים). במקרה שלפנינו, אנו מניחים שכל החלקיקים עברו עיבוי ונמצאים במצב קוהרנטי של זרימה במהירות מוגדרת. במודלים קלאסיים, ניתן ליצור מצב שבו זרם החלקיקים (אלקטרונים או אטומים) אינו דועך, כלומר ממשיך להתקיים באותה מהירות, אך לשם כך נדרשים תנאים של היעדר שיווי משקל – כגון הוספת מקור קרינה, המכניס אנרגיה למערכת ומניע את זרימת החלקיקים. אחת השאלות הנחקרות היא כיצד הזרם הזה מתייצב, וכיצד התשובה תלויה בתכונות הפֶּרקוּלַציָה והלוֹקַליזַציָה המאפיינות את המודל: פרקולציה היא היכולת של החלקיקים לחלחל דרך התווך הלא-מסודר של הטבעת, ולוקליזציה היא היכולת של אי-סדר למנוע את מעבר החלקיקים מאזור אחד לאזור אחר (גם אם יש מסלול פרקולציה שלכאורה מאפשר מעבר כזה). על פי מודלים קוונטיים, יש אפשרות לקבל זרימה שאינה דועכת גם בהיעדר כוח מניע חיצוני. אפקט זה נקרא על-נוזליות. המחקר הנוכחי מספק תיאוריה המסבירה את המטא-יציבות של מצבי זרם קוהרנטיים שאינם דועכים, במבנה בעל צורה של טבעת קטנה המורכבת ממספר קטן של חוליות (אתרים). אם טבעות עם מצבי זרם כאלה אכן אפשריות, הרי שיהיה אפשר להסתייע בהן לבניית מחשבים קוונטיים, התקני זיכרון קוונטיים וחיישנים קוונטיים (squids). נקודה מרכזית בניתוח היא ההכרה שמדובר במערכת שמנקודת מבט קלאסית היא כאוטית. במערכת כאוטית, אם קיימים שני חלקיקים שמהירותם זהה, אך יש הפרש – אפילו קטן מאוד – בכיוון המהירות שלהם, הרי שהפרש זה יתפתח להפרש גדול ("אפקט הפרפר"). לכאורה, הכאוס יגרום לכך שלא נוכל לשמור על הקוהרנטיות של מצבי זרם (ייווצרו הפרשי מהירויות בין החלקיקים), ולכן נצפה לגלות שהזרם ידעך. התיאוריה שלנו מראה שאין זה בהכרח כך, מגדירה את התנאים למטא-יציבות של הזרימה, ומביאה בחשבון את האופי הקוונטי של המערכת. בעבודה זו נפגשו לראשונה התיאוריה של הכאוס עם התיאוריה של העל-נוזליות.

פורסם בתאריך - 19-מאי-2019 - התכנים נכונים ליום הפרסום

תמונות המחקר

מילות מפתח

כאוס קוונטי
דינמיקה לא-לינארית
אטומים קרים
עיבוי בוזה-איינשטיין
דינמיקה קוונטית
דינמיקה סטוכסטית
סופר-נוזליות
מהלך אקראי
פורסם בתאריך - 19-מאי-2019 - התכנים נכונים ליום הפרסום