КВА́НТОВАЯ КОГЕРЕ́НТНОСТЬ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
КВА́НТОВАЯ КОГЕРЕ́НТНОСТЬ, квантовое явление, состоящее в коррелированности, или согласованности, движения микрочастиц, образующих данную физич. систему. К. к. обусловлена корпускулярно-волновым дуализмом микрочастиц. Наличие у волны де Бройля не только амплитуды, но и фазы приводит к возможности интерференции состояний и возникновению К. к., описываемой понятием когерентного состояния.
Установление К. к. в веществе проявляется в виде макроскопич. квантовых эффектов и имеет характер фазового перехода. Физич. механизмы, обеспечивающие К. к., весьма разнообразны и включают динамич. взаимодействие частиц, обменное взаимодействие, обусловленное типом симметрии частиц, а также разл. внешние воздействия на систему. Для возникновения К. к. взаимодействие должно иметь характер эффективного притяжения, которое может быть обусловлено не только прямым взаимодействием частиц, но и косвенным, через к.-л. квантовое поле.
К. к. в системе ферми-частиц обусловливает их куперовское спаривание (см. Сверхпроводимость). В системе электронов К. к. обеспечивается их взаимодействием с фононами кристаллич. решётки, тогда как в случае нуклонов в атомном ядре К. к. обусловлена прямым притяжением между нуклонами. Пространственной характеристикой К. к. является её длина. Для фермионов длина К. к. (размер куперовской пары) зависит от их массы и обычно значительно превышает ср. расстояние между ними. Для нуклонов она превышает размер атомного ядра, поэтому сверхтекучесть газа куперовских пар в ядре не имеет места.
К. к. в системе бозе-частиц приводит к Бозе – Эйнштейна конденсации, возникающей даже при отсутствии к.-л. динамич. взаимодействия благодаря обменному потенциалу притяжения. Качественно это связано с тем, что для бозонов (в отличие от фермионов, подчиняющихся принципу Паули) возможно накопление мн. частиц в состоянии с наинизшими (в частности, нулевыми) значениями энергии и импульса. Физически это проявляется в том, что вся система бозонов ведёт себя как макроскопич. коллектив, или т. н. квантовый конденсат, участвующий в когерентном движении. Эксперим. подтверждение такого движения даёт течение без трения жидкого гелия в капиллярах (см. Сверхтекучесть).
Состояние К. к. как в ферми-, так и в бозе-системах может быть разрушено не только хаотич. тепловым движением, но и достаточно интенсивным динамич. или обменным отталкиванием; с последним связана, напр., относительная неустойчивость куперовского спаривания в триплетном состоянии. Полное теоретич. описание К. к. в конденсированных средах весьма сложно, поскольку связано с явлением спонтанного нарушения симметрии (напр., в случае сверхтекучести – калибровочной симметрии).
К физич. явлениям, в которых К. к. играет принципиальную роль, относятся стационарный и нестационарный Джозефсона эффект, квантование магнитного потока, а также установление неоднородного распределения параметра порядка. Напр., в жидком гелии и в сверхпроводниках 2-го рода возникают т. н. квантованные вихри, когда дальний порядок в системе отсутствует, но сохраняется ближний порядок, при котором имеют место особенности термодинамич. поведения системы.
Кроме пространственной К. к., существует временнáя К. к., характерная для излучения. Она приводит к резонансным взаимодействиям излучения с веществом, происходящим на временах меньших времени релаксации двухуровневой или многоуровневой квантовой системы (см. Когерентность света, Сверхизлучение, Фотонное эхо).