Новая теория расширяет исследование фазовых переходов

В статье, недавно опубликованной в Письма о физических отзывахИсследователи Лос-Аламосской национальной лаборатории предлагают новую теорию, которая предсказывает плотность дефектов при различных фазовых переходах. Исследование открывает новые пути для изучения дефектообразования в таких областях, как материаловедение, физика высоких энергий и космология.

«Фазовые переходы являются частью повседневной жизни, а также фундаментальными явлениями в физике высоких энергий, неизбежными в ранней Вселенной», — сказал Фумика Судзуки, ученый из Лос-Аламоса и ведущий автор статьи. «Наше исследование показывает, что в сочетании с теорией нуклеации механизм Киббла-Зурека, предложенный для фазовых переходов второго рода, или непрерывных, может быть расширен для прогнозирования образования дефектов в более широком диапазоне фазовых переходов».

Фазовые переходы первого и второго рода

При фазовых переходах первого рода некоторые части системы могут перейти в новую фазу раньше других частей — представьте себе кипение воды с образованием пузырьков пара при выкипании воды. При переходах второго рода происходит переход всей системы одновременно. Такие системы, как сверхпроводники и заряженные сверхжидкости, могут испытывать фазовые переходы второго рода, которые под влиянием внешних параметров (таких как температура или поле) могут приобретать характеристики первого рода.

Механизм Киббла-Зурека, названный в честь Лос-Аламосского физика и соавтора статьи Войцеха Зурека, предсказывает плотность топологических дефектов, образующихся в результате фазовых переходов, первоначально применяясь только к фазовым переходам второго рода.

Но объединив механизм Киббла-Зурека с теорией нуклеации, которая описывает динамику нарушения симметрии при фазовых переходах первого рода, Сузуки и Зурек смогли расширить механизм Киббла-Зурека, чтобы предсказать плотность дефектов, образующихся при «перестраиваемых» фазовых переходах, которые совмещать характеристики фазовых переходов первого и второго рода.

Теорию команды можно было бы проверить, например, на фазовом переходе Фредерикса в жидких кристаллах, который можно плавно перестраивать между первым и вторым родами.