Физики из Гейдельбергского университета предложили теорию, которая объединяет два конкурирующих подхода к описанию поведения частиц в квантовой среде. Новая работа объясняет, как одиночная «примесная» частица взаимодействует с плотным окружением из других частиц – так называемым морем Ферми.
До сих пор этот процесс описывали две разные модели. Согласно первой, подвижная примесная частица, проходя через среду, увлекает за собой соседние частицы. В результате образуется составной объект, или квазичастица, известная как ферми-полярон. Этот подход стал одним из базовых для описания систем с сильным взаимодействием, от сверххолодных атомарных газов до ядерной материи.
Вторая модель рассматривает противоположный случай, когда примесная частица чрезвычайно тяжела и практически неподвижна. Её присутствие так сильно искажает квантовую систему, что окружающие частицы теряют способность к скоординированному движению. Этот эффект, названный ортогональной катастрофой Андерсона, исключает образование квазичастиц. Десятилетиями эти два сценария считались несовместимыми.
Исследователи из Гейдельберга показали, что даже сверхтяжёлые примеси не абсолютно статичны. Взаимодействуя с окружением, они совершают незначительные движения. Эти микродвижения создают в системе энергетическую щель, которая позволяет квазичастицам сформироваться даже на фоне, казалось бы, дезорганизованного квантового фона. Таким образом, новая теория связывает две прежде несовместимые парадигмы.
По словам авторов, предложенная модель универсальна и применима к системам разной размерности с различными типами взаимодействий. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, могут повлиять на эксперименты со сверххолодными газами, двумерными материалами и новыми полупроводниками.
