Фізики Каліфорнійського університету в Берклі проаналізували квантовий хаос в системі з безлічі тіл в моделі Сачдева-Йе-Кітаєва. Виявилося, при низьких температурах властивості, описувані цією моделлю, еквівалентні властивостям зарядженої чорної діри.
В останні кілька років інтерес вчених до дослідження хаосу у квантових системах, що складаються з сильно взаємодіючих частинок, сильно зріс. Вивчення багаточастинкового хаосу розширило сучасне розуміння квантової термалізації – процесу, за допомогою якого квантові частинки досягають теплової рівноваги, взаємодіючи один з одним, – і виявило дивовижні зв’язки між квантовими явищами і динамікою чорних дір.
Модель Сачдева-Йе-Кітаєва (SYK), яку використовували автори нової роботи, описує скупчення випадково взаємодіючих частинок. Вона описує мікроскопічну квантову систему з кількох ферміонів, в якій спостерігається квантовий хаос. Кілька років тому фізики-теоретики передбачили, що в деяких багаточастинкових системах інформація поширюється експоненціально швидко, подібно до ефекту метелика в класичному хаосі. Також більш ранні роботи показали, що в таких системах швидкість поширення хаосу має межу.
Ба більше, вчені передбачили, що модель SYK також визначає універсальну межу хаосу. Це відкриття привело до подальшого аналізу, який показав, що при низьких температурах властивості описуваної моделлю SYK системи фактично еквівалентні властивостям зарядженої чорної діри. Але дотепер модель SYK залишалася лише теорією, яку не можна було чисельно змоделювати.
Автори нової роботи змогли провести розрахунки по моделі Сачдева-Йе-Кітаєва. Для цього автори змоделювали динаміку дуже великих систем, використовуючи новітні чисельні методи, які вони розробили. Потім фізики проаналізували отримані дані, використовуючи метод, заснований на інструментах однією з теорій квантової гравітації. В результаті вчені спостерігали, як з плином часу поведінка системи змінюється: зі звичайного скупчення взаємодіючих частинок вона стає квантовою чорною дірою – об’єктом з мінімальною планківською масою.
Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters.
Натхнення: www.popmech.ru