Когда физикам надо понять квантовую механику, описывающую работу атомных часов, магнитиков на холодильнике или движение частиц через сверхпроводник, они прибегают к квантовой теории поля. Однако эти расчеты при перенесении на реалии физического мира часто дают искаженные результаты. Группа ученых из США применила междисциплинарный инструментарий, чтобы решить эту проблему, и у них, кажется, получилось.

«Не имеет значения, идет ли речь о квантовой хромодинамике решетки, моделировании оксида никеля или сверхпроводника, последний шаг всего этого — перенос данных с воображаемых осей на реальные, — объяснил Эмануэль Галл, один из исследователей из Университета Мичигана. — Но существует фундаментальное несоответствие между результатами расчетов и экспериментальными данными».

В качестве примера он приводит фотоэлектрический эффект в таких металлах, как медь. Если направить на нее свет определенной частоты, можно увидеть электроны, так называемую зонную структуру. Внутри нее колебания электронов достигают своего максимума. Предыдущие методы хорошо справлялись с изучением того, что происходит на пиковых значениях. Но не работают, когда изучают надир частоты — когда энергия падает почти до нуля. В таком случае вся информация о квантовых эффектах оказывается скрыта от ученых, пишет Phys.org.

Двое физиков из Университета Мичигана обнаружили, что так называемые функции Неванлинны могут добавить строгости на этапе интерпретации и помочь преодолеть одно из главных затруднений современного квантового моделирования.

Ученые поняли, что для точной конверсии квантово-механических теорий из воображаемых чисел в реальные физикам нужен класс функций, обладающий свойством причинности. Это значит, что когда вы запускаете изучаемую систему, отклик в функции происходит только после того, как вы установили триггер. И для этого хорошо подходит теория финского физика Рольфа Невалинны, которая гарантирует, что все всегда имеет причину.

«Это как смотреть на ту же теорию через гораздо лучший микроскоп», — сказал Галл.

Основное преимущество этой работы, по словам ученых, заключается в том, что она междисциплинарная. Несмотря на то, что она была мотивирована проблемами экспериментальной физики, в ее решении были использованы инструменты теоретической физики и математики.