Отталкивание между атомами: новая роль квантовых флуктуаций

Автор: Денис Аветисян

Теоретическое исследование выявило ранее неизвестное отталкивающее взаимодействие между нейтральными атомами, обусловленное коллективными квантовыми эффектами.

Анализ погрешностей при аппроксимации $ \mathcal{I}\_{\rm appr}(\bar{k};\gamma,\tau,\eta) $ демонстрирует влияние параметров $\gamma$, $\tau$ и $\eta$ на точность полученного приближения.

Работа объединяет многочастичную квантовую электродинамику и квантовые осцилляторы Друде для описания отталкивающего потенциала, возникающего из взаимодействия молекулярных плазмонов и виртуальных фотонов.

🧐

Купил акции по совету друга? А друг уже продал. Здесь мы учимся думать своей головой и читать отчётность, а не слушать советы.

Бесплатный телеграм-канал

В рамках традиционного понимания, взаимодействие между нейтральными объектами обычно описывается как притягивающее и быстро убывающее с расстоянием. Настоящая работа, озаглавленная ‘Repulsive Inverse-Distance Interatomic Interaction from Many-Body Quantum Electrodynamics’, исследует возможность существования отталкивающего взаимодействия между атомами, убывающего обратно пропорционально расстоянию. Показано, что в рамках многочастичной квантовой электродинамики, обусловленное связью между виртуальными фотонами и молекулярными плазмонами, возникает такое взаимодействие, масштабирующееся с третьей степенью постоянной тонкой структуры. Может ли это взаимодействие превзойти гравитационное притяжение в будущих экспериментах, направленных на изучение квантовой гравитации в микроскопических масштабах?

За пределами парных взаимодействий: необходимость учета коллективных эффектов

Традиционные методы часто упрощают взаимодействие между атомами и молекулами, игнорируя важные коллективные эффекты. Такой подход, хоть и вычислительно эффективен, может приводить к существенным погрешностям в описании свойств молекул и материалов. Данное упрощение упускает из виду значительное влияние многочастичной дисперсии (MBD) на точное описание молекулярных взаимодействий. Необходимо учитывать согласованный отклик электронов для реалистичного моделирования сложных систем. Простота – ключ к надежности.

Квантовая электродинамика как основа: минимальное взаимодействие и электромагнитное поле

Квантовая электродинамика (КЭД) – точная теория, описывающая взаимодействие света и материи посредством электромагнитного поля (ЭМП). В рамках КЭД, минимальное взаимодействие элегантно описывает влияние ЭМП на движение заряженных частиц. Однако прямое применение КЭД к многочастичным системам часто становится вычислительно сложным из-за экспоненциального роста вычислений с увеличением числа частиц. Требуется более эффективный подход для расширения возможностей КЭД на сложные системы.

Многочастичная КЭД: унифицированный подход к коллективным эффектам

Многочастичная квантовая электродинамика (MB-QED) – расширение традиционной КЭД и многочастичной теории возмущений. Этот подход позволяет точно описывать взаимодействия в системах, состоящих из множества частиц, учитывая коллективные электронные эффекты. В основе MB-QED лежит концепция квантового осциллятора Друде (QDO), моделирующего электронную восприимчивость вещества. Анализ в рамках MB-QED выявил взаимодействие, обратно пропорциональное расстоянию ($1/R$), проявляющееся как сила отталкивания между атомами. Данное отталкивающее взаимодействие может составлять до 10% от общей энергии дисперсии, что подчеркивает его значимость для понимания свойств конденсированных сред.

Влияние и перспективы: от материаловедения до квантовой химии

Метод MB-QED демонстрирует высокую точность моделирования коллективных электронных эффектов, что имеет значительные последствия для материаловедения и позволяет прогнозировать свойства материалов. Включение нормальных мод в структуру MB-QED комплексно описывает связь между колебательными и электронными процессами, предоставляя инструменты для конструирования материалов с заданными свойствами. Принципы MB-QED, в частности, связь с квантовым вакуумом, открывают возможности для изучения фундаментальной физики и химии. Измеримые силы теперь находятся в диапазоне зептоньютонов, что делает их доступными для современных измерений сил Казимира. Каждое упрощение имеет свою цену, а каждая изысканность – свои риски.

Представленная работа демонстрирует, как сложность систем проявляется на микроскопическом уровне. Исследование взаимодействия нейтральных атомов, основанное на многочастичной квантовой электродинамике и квантовых осцилляторах Друде, выявляет отталкивающее взаимодействие, которое становится значимым на коротких расстояниях. Это подтверждает мысль о том, что структура определяет поведение, ведь даже кажущиеся нейтральными частицы вступают во взаимодействие, обусловленное их внутренним строением и коллективными возбуждениями. Как отмечал Нильс Бор: «Противоположности противоположны». В контексте данной работы это означает, что при рассмотрении сил взаимодействия необходимо учитывать как притяжение, так и отталкивание, поскольку именно их баланс определяет стабильность и структуру материи. Игнорирование даже незначительных отталкивающих сил может привести к неверному пониманию общей картины.

Что дальше?

Представленная работа, выявляя отталкивающее взаимодействие между нейтральными атомами как следствие коллективных возбуждений и виртуальных фотонов, лишь осторожно приоткрывает дверь в область, где привычные представления о силах, управляющих материей, требуют переосмысления. Акцент на роли молекулярных плазмонов, как посредников этого взаимодействия, ставит вопрос о необходимости более глубокого понимания их поведения в сложных системах и при различных частотах. Остается неясным, насколько точно данная модель описывает взаимодействие в конденсированных средах, где вклад других механизмов может быть значительным.

Дальнейшие исследования должны быть направлены на проверку предложенной теории экспериментально, что представляет собой сложную задачу из-за малого масштаба предсказанных эффектов. Разработка новых методов спектроскопии и микроскопии, способных разрешить эти взаимодействия на нанометровом уровне, представляется критически важной. Кроме того, необходимо учитывать влияние квантовых флуктуаций и эффектов конечного размера системы, которые могут существенно изменить характер взаимодействия.

Хорошая архитектура незаметна, пока не ломается, и только тогда видна настоящая цена решений. В данном случае, элегантность предложенной теории заключается в ее простоте и способности объяснить ранее необъяснимые явления. Однако, истинная ценность этой работы проявится лишь в способности предсказать и объяснить поведение материи в более сложных и реалистичных условиях, где взаимодействие между отдельными атомами формирует общую картину мира.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.08069.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2025-11-12 23:47