phys.org/news/2026-04-sudden…
Ani kuantum sarsıntıları sonuçta adyabatik davranışı bozmayabilir.
David Appell tarafından , -Phys.org
Sadie Harley tarafından düzenlendi , Robert Egan tarafından incelendi.
Termodinamikte, "adiyabatik süreç", sisteme ısı girişi veya çıkışı olmayan bir sistem değişimidir. Bu nedenle, sistemdeki tüm enerji değişimleri, sistem üzerinde iş yapılarak gerçekleştirilir; iş, maddeyi bir mesafe boyunca hareket ettiren eylemdir. (Örnek olarak bisiklet lastiği pompası veya yerden bir kutu kaldırmak verilebilir.)
"Adiyabatik teorem", bir sistemi yeterince yavaş değiştirirseniz, aynı enerji durumunda kalacağını söyler. Örneğin, dolu bir kahve fincanıyla yeterince yavaş yürürseniz, kahve dökülmez; kahve sistemi, kararlı durumuna geri dönmek için zaman bulur. Ancak kahve fincanını tutarken hızlı ve ani bir değişiklik yaparsanız, bir miktar kahve fincanın kenarından taşar.
Kuantum mekaniğinde de benzer bir teorem vardır: Yeterince yavaş bir şekilde değiştirilen (bozulan) bir kuantum sistemi mevcut kuantum durumunda (çoğunlukla temel durumunda) kalırken, bir fotonun bir atoma çarpması gibi ani bir değişiklik enerji durumunu değiştirir.
Almanya'dan iki teorik fizikçi, teoremin birçok yönünün ters yönde de doğru olduğunu gösterdi: ani bir değişim/bozulmaya maruz kalan bir kuantum sistemi için temel durum, en olası durum olmaya devam ediyor. Çalışmaları Physical Review B dergisinde yayınlandı .
Hamiltoniyen'in kuantum teorisine nasıl girdiğine dair
Kuantum mekaniği, bir kuantum durumunu "Hamiltoniyen" adı verilen matematiksel bir nesneyle tanımlar. Bu tanım, sistemin kinetik enerjisi ve potansiyel enerjisinin toplamı olan Hamiltoniyenin, sistemin toplam enerjisini tanımladığı klasik mekanikte başlamıştır. Klasik mekaniğin Hamiltoniyen formu, nihayetinde Newton'un formülasyonuna eşdeğerdir ve Newton yasalarını tamamen yeniden üretir.
Hamiltoniyen önemlidir çünkü 1920'lerde kuantum teorisinin öncülerinin ortaya koyduğu kuantum mekaniğine doğrudan yol açar .
Schrödinger denklemi, bir sistemin Hamiltoniyenini (türevler veya sabitler gibi farklı matematiksel operatörler) kullanarak sistemin kuantum mekaniksel dalga fonksiyonlarını ve bunlarla ilişkili enerjileri hesaplar. Fizik öğrencilerinin lisans eğitimleri boyunca iyice öğrendikleri birçok incelik vardır, ancak temel nokta, Hamiltoniyeni bilmenin kuantum sisteminin olası durumlarını çözmeyi mümkün kılmasıdır.
Kuantum adyabatik teoreminin açıklaması
Hamiltoniyen zamanla değişebilir ve "kuantum adyabatik teoremi", kuantum mekaniksel Hamiltoniyenin yeterince yavaş değişmesi durumunda kuantum sisteminin enerji durumunun aynı kalacağını söyler. Her iki durum da tipik olarak kuantum sisteminin temel durumudur (en düşük enerji durumu). Tam ve titiz ispat karmaşıktır, ancak sonuç karmaşık değildir.
Peki, kuantum adyabatik teoremi neredeyse anlık bir bozulma için de geçerli midir? Almanya'daki Göttingen Üniversitesi Teorik Fizik Enstitüsü'nden Sarah Damerow ve Stefan Kehrein, iki yaygın kuantum sistemi için teoremin geçerli olduğunu gösteriyor.
Manyetik alanların matematiksel bir modeli ve istatistiksel fizikte en çok incelenen modellerden biri olan Ising modelinin iki farklı versiyonunu incelediler .
Ising modeli, (genellikle) iki boyutlu bir düzlemde idealize edilmiş bir nokta ızgarası veya kafesidir. Her noktada, yukarı veya aşağı spin olarak görselleştirilebilen bir parçacık bulunur. (İsterseniz küçük çubuk mıknatısları veya ucunda yukarı veya aşağıyı gösteren bir ok bulunan basit çizgileri hayal edin.) Her spin, kare ızgaradaki en yakın dört komşusuyla veya bazı versiyonlarda bir sonraki en yakın komşularıyla etkileşime girer.
Ising modelleriyle teoremi test etme
Damerow ve Kehrein, iki farklı Ising modeli türünü ele alıyor: biri, ızgaranın düzlemine dik (enine) hızla değişen harici manyetik alan içindeki bir Ising ızgarası; diğeri ise aynı enine manyetik alan etkileşimine ek olarak en yakın komşuların spinleri arasındaki başka bir etkileşimi de içeren bir model.
Ayrıntılar, hesapladıkları kanıtlarla ilgilidir, ancak burada sadece sonuçlarını bilmemiz yeterlidir: ilk model matematiksel olarak tam olarak çözülebilir ve bu da, bir sistemin başlangıçtaki enerji durumunda kalmasının, sistemin bozulmasının yeterince yavaş olması ve başlangıçtaki, temel durum ile uyarılmış enerji durumları arasında (sıfır olmayan) bir boşluk bulunması durumunda mümkün olduğunu kanıtlar.
Ancak Ising modelinin ikinci versiyonu, birincisinden daha karmaşık olduğu için tam olarak çözülemedi; bu nedenle ekip, bilgisayarlarda hesaplanan sayısal yöntemlere başvurdu.
Sonuç olarak, sistemin geçiş öncesinde ve sonrasında aynı manyetik fazda kalması koşuluyla, bu sistemin başlangıçtaki temel durumundan Hamiltoniyenin temel durumuna farklı, daha sonraki bir zamanda geçme olasılığı daha yüksekti.
Damerow ve Kehrein, sonuçlarının kuantum adyabatik teoreminin sistemleri için geçerli olduğu varsayımını "temkinli bir şekilde doğruladığını" belirtiyorlar. "Ancak, varsayımın sürekli [enerji spektrumu] olan tüm sistemler için evrensel olarak geçerli olup olmadığı...ya da geçerliliğinin belirli bir Hamilton sınıfıyla sınırlı olması gerekip gerekmediği...belirsiz kalmaktadır."
Yazarlar, sonuçlarının "Hamiltoniyenlerin önemli bir sınıfının [kuantum adyabatik teoremini] sağladığını güçlü bir şekilde gösterdiğini" ve bunun geçerliliğini koruduğu koşulları araştırmanın gelecek için değerli bir araştırma olduğunu belirtiyorlar.
Yayın detayları
S. Damerow ve diğerleri, Adyabatik teoremin genişletilmesi, Physical Review B (2026).
DOI: 10.1103/81jn-pkgb
© 2026 Science X Network
@UpgradeMeBB1 @sciencegirl @ZarifBirTerazi @ctaslaman @EmreDorman @EmreOnurKahya @ZarifRuh_ @cylnnur345 @OrucReis_1470 @zlemKkbayr22612 @_mino1975 @kablelmevt @Filiz_tkbs_ @sevgi6824
@suleAghan @sevkiadem @sacettin08 @0Kuantum0 @AyeKuzucu451729 @Fikretbayram_ @oktay_gulizar @The_Guduu @Firat_Tarman @aydinbayrakli @seheryokus @nl070809 @Hakikatinizi @AylinERK @ebrufisek1970 @ates715 @ametist