КВА́НТОВАЯ КОГЕРЕ́НТНОСТЬ

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).