SA napakababang temperatura, nagiging lalo pang kahanga-hanga ang mga bagay. Gaya ng kung paano nagiging yelo ang tubig, may ilang materyal na dumaraan sa phase transitions na nagbibigay sa kanila ng natatanging katangian. Halimbawa, sa temperaturang malapit sa absolute zero, nagiging superconductor ang aluminum, samantalang ang ilang uri ng helium ay nagbabago mula gas patungong superfluid. Isang mahalagang prinsipyo na tinatawag na Kibble-Zurek mechanism (KZM) ang nagpapaliwanag sa katanginan ng mga materyal na ito habang lumalamig sa iba’t ibang bilis.
Napatunayan na ang KZM para sa mga “closed system,” o mga sistemang halos nakahiwalay sa epekto ng kapaligiran. Ngunit hindi pa ito napapatunayan sa mga mas makatotohanang sitwasyon kung saan may epekto na ang kapaligiran.
Sa bagong pananaliksik ng mga pisiko mula sa UPD, ipinakita nila na maaari pa ring gamitin ang KZM sa maraming uri ng “open systems.” Bukod dito, natuklasan nila ang ilang komplikasyon kung paano pinag-aaralan ang phase transitions sa mga laboratoryo, na nagbubukas ng posibilidad para sa mas eksaktong mga eksperimento sa condensed matter physics.
“Ang pag-aaral namin ay nagbibigay ng bagong pananaw sa kung paano natin natutukoy at nakikilala ang phase transitions sa mga mas makatotohanang set-up, kung saan ang kanilang interaksyon sa kapaligiran ay naglilimita sa ating kakayahan na kontrolin kung paano sila magbabago sa paglipas ng panahon,” ani Dr. Jayson Cosme at Roy Jara Jr. mula sa UPD College of Science National Institute of Physics (UPD-CS NIP).
Sa glassblowing, inilalagay ang mainit na salamin sa annealer upang dahan-dahan itong lumamig at maiwasan ang pagbitak, samantalang may mga pagkakataon namang isinasawsaw ito nang mabilis sa tubig para magmukhang bitak-bitak. Katulad ito ng mga materyal na sumusunod sa KZM: kapag dahan-dahan ang pagpapalamig, nagiging mas maayos ang istruktura, ngunit kapag mabilis ang pagpapalamig ay mas maraming bitak o “topological defects” ang nabubuo.
Sa kanilang pag-aaral, sinuri nina Dr. Cosme at Jara ang isang open system kung saan naaapektuhan ng kapaligiran ang bilis ng pagpapalamig, o quench speed. “Natuklasan namin na para sa mga sistemang ito, nananatiling wasto ang KZM kapag sapat na mabagal ang pagbabago sa ‘tuning parameter’ na kumokontrol sa phase ng sistema,” paliwanag ng mga mananaliksik.
Gayunpaman, napansin nilang humihina o nawawala ang epekto ng KZM kapag mas mabilis ang quench speed. Dahil dito, natuklasan nila na maaaring hindi mainam ang karaniwang laboratoryong parmamaraan ng pagtukoy ng phase transitions para sa open systems na dumaraan sa mabilisang pagpapalamig. Sa karaniwang pamamaraan, gumagamit ng “threshold” upang malaman kung nagbago na ang phase ng materyal. Subalit ayon kina Dr. Cosme at Jara, may nakitang diperensya sa pagitan ng pagkamit sa threshold at sa aktuwal na phase transition, na nagdudulot ng hindi pagkakatugma sa oras kung kailan ito tunay na nangyari.
“Mahalaga ang resultang ito sapagkat itinatampok nito ang posibleng limitasyon ng threshold-based criterion sa pagtukoy ng phase transition kapag iniaangkop sa open systems na may malakas na dissipation,” paliwanag nila.
Bilang alternatibo sa threshold-based experiments, iminungkahi nilang gumamit ng ibang pamamaraan — halimbawa, pagtukoy sa mga parametro na nagpapakita ng “steady state” habang nagaganap ang phase transition.
Bagama’t sumasaklaw ang kanilang pag-aaral sa malawak na uri ng open systems, nilinaw nilang nakatuon pa lamang sila sa malalaking sistema kung saan maaring isantabi ang quantum effects. Dahil maaaring maging mas mahalaga ang quantum effects sa mas maliliit na sistema, balak din nilang palawakin pa ang pag-aaral para saklawin ang mga ito.
“Plano rin naming palawigin ang aming trabaho tungo sa ‘driven systems,’ kung saan maaaring magbago ang sistema mula sa isang ‘stationary phase’ patungo sa isang ‘dynamical phase,’ gaya ng bagong tuklas na ‘time crystals,’” ani nila.
Para sa ibang detalye, sulatan ang [email protected].
References:
Jara R.D., Cosme J.G. (1 August 2024). Apparent delay of the Kibble-Zurek mechanism in quenched open systems. Physical Review B, 110 (6), Article number 064317. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.064317