人類、行星、恆星、星系,乃至整個宇宙都有「到壽」的一天,但是一組科學家發現量子系統中的準粒子似乎是「永生」的。

準粒子是固態系統中的各種虛擬粒子,在電場或磁場的激發下其行為就像粒子一樣。比如聲子(phonon)、極化子(polaron)都是準粒子。

慕尼黑工業大學(Technical University of Munich,TUM)的研究人員開發了一些方法計算這些準粒子之間複雜的相互作用,在一台高能電腦上模擬它們的衰變。

TUM物理學家Ruben Verresen說:「周密的模擬結果顯示:這些準粒子也會衰變;但是,完全一樣的粒子又會從廢墟中誕生。如果衰變發生得很快,逆向反應(誕生新粒子的過程)馬上就會出現。這個過程可以無盡反覆,呈現一種衰變和再生之間持續的振蕩。」

物理學家們說,這種現象並不違反熱力學定律,因為這種振蕩轉變為物質,符合波粒二像性。

在此過程中,熱力學的能量退化指標——熵沒有減少,只是保持常量。雖然這也挺奇怪的,但並沒有打破目前認知的物理規則。

研究人員表示,這項發現回答了兩個難題。

實驗中用到的複合物Ba3CoSb2O9非常穩定,令科學家非常驚訝。基於這份研究的發現可以推測,它的穩定性可能來源於裏面的磁性準粒子磁子(magnon)。模擬系統中看到,磁子在衰變後又會「重生」。

氦在絕對零度時成為無阻抗液體的現象似乎也迎刃而解,可能就是由於其中含有大量準粒子旋子(roton)的緣故。

目前這份研究還處於理論階段。研究人員認為,準粒子的「永生性」很可能有助於量子電腦實現「永久性儲存數據」特性。

這份研究近期發表在《自然.物理》(Nature Physics)期刊上。#