De gemeenschappelijke link tussen vloeibaar-kristal-tv's en de geboorte van het universum, als je naar het grote geheel kijkt, is dat ze allebei worden gekenmerkt door het intrigerende fenomeen waarin materie abrupt van toestand verandert.

Wetenschappers willen het gedrag van deeltjes beter begrijpen en beheersen op het exacte moment dat deze zogenaamde faseovergangen - een verandering in energie in een systeem, net zoals een proces waarbij water verdampt of in ijs verandert, plaatsvindt.

Een studie gepubliceerd op 18 december in Natuurfysica door de Universiteit van Chicago hebben wetenschappers tot in de kleinste details waargenomen hoe deeltjes zich gedragen als de verandering plaatsvindt. Naast het licht werpen op de fundamentele regels die het universum beheersen, het begrijpen van dergelijke overgangen zou kunnen helpen bij het ontwerpen van meer bruikbare technologieën.

Een van de vragen was of terwijl deeltjes zich voorbereiden op de overgang tussen kwantumtoestanden, ze kunnen optreden als één coherente groep die de toestanden van de anderen 'kent', of dat verschillende deeltjes alleen onafhankelijk van elkaar werken, of onsamenhangend.

Chen Chin, hoogleraar bij de vakgroep Natuurkunde, en zijn team keken naar een experimentele opstelling van tienduizenden atomen die afgekoeld waren tot bijna het absolute nulpunt. Toen het systeem een ​​kwantumfase-overgang passeerde, ze hebben zijn gedrag gemeten met een extreem gevoelig beeldvormingssysteem.

De conventionele wijsheid was dat de atomen onsamenhangend zouden moeten evolueren na de overgang - een kenmerk van oudere 'klassieke' in plaats van kwantummodellen van de fysica. "In tegenstelling tot, vonden we sterk bewijs voor coherente dynamiek, " zei afgestudeerde student Lei Feng, de eerste auteur van het onderzoek. "Ze worden in geen enkel moment klassieke deeltjes; ze gedragen zich altijd als golven die synchroon met elkaar evolueren, dat zou theoretici een nieuw ingrediënt moeten geven om op te nemen in hoe ze dergelijke systemen modelleren die uit evenwicht zijn."

Deze vraag gaat over de fundamentele regels die de manier bepalen waarop materie in ons universum op elkaar inwerkt, maar zoals altijd, het heeft ook praktische overwegingen. Bijvoorbeeld, ingenieurs die kwantumcomputers proberen te bouwen, zijn erg geïnteresseerd in het behouden van de samenhang van een groep op elkaar inwerkende kwantumbits, omdat ze hun systeem coherent moeten houden om snellere computers te kunnen bouwen. Kosmologen zijn geïnteresseerd in de fysica van dergelijke overgangen omdat ze de vroegste momenten van het universum beschrijven toen het zich snel uitbreidde en veranderde.

"Onze observatie stuurt ons voorbij het conventionele beeld van dergelijke overgangen die wetenschappers als vanzelfsprekend aannamen, ' zei Chin.