Niet alles hoeft te worden gezien om het te geloven; bepaalde dingen zijn gemakkelijker te horen, zoals een trein die zijn station nadert. In een recent artikel, gepubliceerd in Physical Review Letters , hebben onderzoekers hun oren naar de rails gericht en een nieuwe eigenschap van verstrooiingsamplitudes ontdekt op basis van hun studie van geluidsgolven door vaste materie.

Of het nu licht of geluid is, natuurkundigen beschouwen de waarschijnlijkheid van deeltjesinteracties (ja, geluid kan zich als een deeltje gedragen) in termen van waarschijnlijkheidscurven of verstrooiingsamplitudes. Het is algemeen bekend dat wanneer het momentum of de energie van een van de verstrooide deeltjes naar nul gaat, de verstrooiingsamplitudes altijd moeten schalen met gehele machten van momentum (d.w.z. p ¹ , p ² , p ³ , enz.). Wat het onderzoeksteam echter ontdekte, was dat de amplitude evenredig kan zijn aan een fractionele macht (d.w.z. p ^1/2 , p ^1/3 , p ^1/4 , enz.).

Waarom is dit van belang? Hoewel kwantumveldentheorieën, zoals het standaardmodel, onderzoekers in staat stellen om met extreme nauwkeurigheid voorspellingen te doen over deeltjesinteracties, is het nog steeds mogelijk om de huidige fundamenten van de fundamentele fysica te verbeteren. Wanneer nieuw gedrag wordt aangetoond, zoals fractionele machtsschaling, krijgen wetenschappers de kans om bestaande theorieën opnieuw te bekijken of te herzien.

Dit werk, uitgevoerd door Angelo Esposito (Institute for Advanced Study), Tomáš Brauner (University of Stavanger) en Riccardo Penco (Carnegie Mellon University), gaat specifiek in op de interacties van geluidsgolven in vaste stoffen. Om dit concept te visualiseren, stelt u zich een blok hout voor met luidsprekers aan beide uiteinden. Zodra de luidsprekers zijn ingeschakeld, ontmoeten twee geluidsgolven - fononen - elkaar en verspreiden zich, vergelijkbaar met botsingen in een deeltjesversneller. Wanneer een luidspreker op een bepaalde limiet is ingesteld, zodat het momentum van de fonon nul is, kan de resulterende amplitude evenredig zijn met een fractionele macht. Dit schaalgedrag, legt het team uit, is waarschijnlijk niet beperkt tot fononen in vaste stoffen, en de herkenning ervan kan helpen bij het bestuderen van verstrooiingsamplitudes in veel verschillende contexten, van deeltjesfysica tot kosmologie.

"De gedetailleerde eigenschappen van verstrooiingsamplitudes zijn recentelijk met veel kracht bestudeerd", aldus Esposito. "Het doel van dit brede programma is om mogelijke gedragspatronen van verstrooiingsamplitudes te classificeren, om zowel sommige van onze berekeningen efficiënter als ambitieuzer te maken, om nieuwe fundamenten van de kwantumveldentheorie te bouwen."

Feynman-diagrammen zijn lange tijd een onmisbaar hulpmiddel geweest voor deeltjesfysici, maar ze hebben bepaalde beperkingen. Voor berekeningen met een hoge nauwkeurigheid kunnen bijvoorbeeld tienduizenden Feynman-diagrammen in een computer moeten worden ingevoerd om deeltjesinteracties te beschrijven. Door een beter begrip te krijgen van verstrooiingsamplitudes, kunnen onderzoekers het gedrag van deeltjes gemakkelijker lokaliseren in plaats van te vertrouwen op de top-down benadering van Feynman-diagrammen, waardoor de efficiëntie van berekeningen wordt verbeterd.

"Het huidige werk onthult een wending in het verhaal, die aantoont dat de fysica van de gecondenseerde materie een veel rijkere fenomenologie van verstrooiingsamplitudes vertoont dan wat eerder werd gezien in de fundamentele, relativistische fysica", voegde Esposito eraan toe. "De ontdekking van fractional-power scaling nodigt uit tot verder werk aan verstrooiingsamplitudes van collectieve oscillaties van materie, waarbij vaste stoffen in de focus worden geplaatst." + Verder verkennen

Nieuwe wegen inslaan in de deeltjesfysica