¿Se podría usar la inducción de dos fonones (cuantos de vibración) en una red para alcanzar el cero absoluto?

En realidad, no, no se puede utilizar la captura de fonones de celosías de cristal para alcanzar el cero absoluto. Esto se debe a que el cero absoluto teóricamente no es posible. En el cero absoluto, las vibraciones térmicas de las partículas de materia se reducen a cero, lo que no es posible según la mecánica cuántica.

Esto se debe a que el vacío, que se considera clásicamente como un espacio verdaderamente vacío, no está vacío después de todo. Está lleno de campo de partículas elementales y también posee una cierta cantidad de energía en el estado fundamental, que se conoce como “energía de punto cero”. Esta Energía de Punto Cero, por lo tanto, prohíbe que cualquier sustancia se enfríe hasta el cero absoluto, ya que el átomo que se está enfriando puede “tomar prestada” algo de energía del vacío, siempre que devuelva la energía de acuerdo con el principio de Heisenberg. Así, la partícula siempre tendrá algunos nervios térmicos. Además, la razón por la que uno no puede alcanzar la temperatura cero absoluta es que esto corresponde a una tasa infinita de cambio de entropía con energía, y no tenemos infinitos en física. Por lo tanto, las cosas nunca pueden ser enfriadas al cero absoluto.

Un fonón es una descripción mecánica cuántica de un movimiento vibratorio elemental en el que una red de átomos o moléculas oscila uniformemente a una sola frecuencia. En la mecánica clásica, esto designa un modo normal de vibración. Los modos normales son importantes porque cualquier vibración de red arbitraria puede considerarse como una superposición de estos modos de vibración elementales (véase el análisis de Fourier). Mientras que los modos normales son fenómenos similares a las ondas en la mecánica clásica, los fonones también tienen propiedades similares a las partículas, de una manera relacionada con la dualidad onda-partícula de la mecánica cuántica.

Su idea de cancelar las vibraciones producidas en una red es defectuosa, ya que dos ondas no se “cancelan” entre sí, pueden interferir entre sí, lo que conduce a la formación de máximos (región de probabilidad máxima) y mínimos, o conduce a la formación de ondas estacionarias. Pero esto no conducirá, en ningún sentido, al cero absoluto.

* El enfriamiento de los átomos a temperaturas ultra bajas se realiza atrapando los átomos entre una red de láseres, lo que imparte un impulso a los átomos y ralentiza efectivamente el movimiento térmico de los átomos.

* La interferencia de las ondas no conduce a la destrucción de la onda, como se dijo anteriormente, pero puede producir un patrón de interferencia, que consiste en regiones de máximos mínimos.

Referencias: –

Hong-Ou-Mandel interferencia de dos fonones en iones atrapados.

Pregunta : ¿ Se podría usar la inducción de dos fonones (cuantos de vibración) en una red para alcanzar el cero absoluto?

Los detalles de la pregunta preguntan : Más específicamente, ¿se pueden inducir dos fonones en una red de tal manera que las ondas o las propagaciones generadas por ambos en la red se cancelen al igual que las ondas de sonido pueden cancelarse en fase? ¿Podría esto permitir que la red alcance el cero absoluto?

¡No!

Suponiendo que la red está originalmente en reposo, si tienes dos fonones con igual amplitud pero que viajan en direcciones opuestas, entonces su superposición solo formará una onda estacionaria y no habrá vibración neta en la red.

(Tenga en cuenta que no se cancelan entre sí, ya que eso violaría la conservación de la energía).

Pero eso no significa que la red esté en reposo (como supusimos originalmente). Siempre habrá (y cuídame siempre) fluctuaciones cuánticas en los átomos y los electrones y el campo electromagnético y así sucesivamente. Son estas fluctuaciones cuánticas las que son los verdaderos culpables aquí. Simplemente no te permitirán alcanzar el cero absoluto.

¿Por qué?

Bien en el cero absoluto, la energía cinética de una partícula es cero. Esto significa que tiene un impulso cero y, por lo tanto, tiene una posición fija en el espacio. El momento cero para una partícula viola el principio de incertidumbre ya que no puede tener una posición fija y un momento (aquí cero) simultáneamente. Como resultado, esto está simplemente prohibido por las leyes de la naturaleza.

Entonces, incluso si los dos fonones no pueden producir una vibración efectiva para el sistema, no hay manera de deshacerse de estas fluctuaciones cuánticas inherentes y esa es la razón por la cual el cero absoluto es inalcanzable.

Ver también: La respuesta de Namit Anand a ¿Puede un objeto nunca ser enfriado a cero absoluto porque la energía térmica tiene que ir a algún lugar más frío?

Espero que ayude.

¡Paz!

En cualquier situación en la que las olas se cancelen, se cancelan localmente y no en todas partes. Si se producen ondas estacionarias, hay regiones de baja energía y regiones de mayor energía. La energía promedio en general no se ve afectada. La razón por la que esto es importante es que la temperatura es una propiedad agregada de un sistema de partículas. Una o unas pocas partículas pueden tener energía, pero no pueden tener una temperatura.

Cuando uno mira las cosas en el nivel atómico, resulta que no es posible que las energías de las partículas se cancelen por completo. Eso sería una violación del principio de incertidumbre de Heisenberg. Esto confunde el agua de su pregunta al indicar la imposibilidad de interferir con los fonones que causan que las partículas dejen de vibrar por completo durante un intervalo de tiempo significativo. Sin embargo, el punto principal es que la idea de partículas individuales que tienen temperatura no tiene un significado objetivo.

Dos fonones contrapropagantes ciertamente pueden establecer una onda estacionaria con nodos en los que la amplitud vibratoria debida a esos fonones en particular es cero. Pero esto no tiene nada que ver con la temperatura de “cero absoluto”, que no se puede alcanzar. Período.

No … aunque es posible la interferencia destructiva entre las vibraciones de la red, o entre los fonones, que son vibraciones cuantificadas de la red que se asemejan a las partículas, agregar fonones a la red aumentará su energía por encima del estado fundamental.

Entonces, agregar dos fonones no es un método para enfriar una red, sino que es un método para calentarlo.

Los fonones llevan energía positiva finita.

Para enfriar una celosía debe eliminar las vibraciones de la celosía en la medida de lo posible.

Como otros escritores han señalado, su idea no funciona de la manera que sugirió. Sin embargo, podría estar interesado en aprender sobre el efecto Mössbauer. Este es un tipo de emisión sin retroceso y absorción de rayos gamma que tiene algo en común con lo que usted quería hacer.