Raziskovalec Lev Vidmar bo v novem ERC projektu raziskoval meje kvantnega kaosa

Lev Vidmar je sodelavec Odseka za teoretično fiziko IJS in izredni profesor na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani (FMF UL). Novo pridobljeni projekt bo vodil na gostiteljski ustanovi IJS in v partnerstvu s FMF UL.

V projektu bo preučeval termalizacijo in ergodičnost, ki sta lastnosti temeljnega principa v naravi, principa kvantnega kaosa. Gre za lastnosti, ki veljajo za večino sistemov v naravi, in so razlog za to, da snovi lahko pripišemo temperaturo. Z njimi se redno srečujemo v vsakdanjem življenju, denimo ko se kocka ledu stali v topli pijači ali pa ko se vonj dišečega parfuma razleze po celotni sobi.

Nekateri sistemi pa se tem temeljnim zakonitostim morda ne podrejajo in kažejo drugačne lastnosti, ki niso skladne s principom kaosa. To vodi do prehoda med dvema različnima fazama: med ergodično fazo, v kateri sistem termalizira, in neergodično, v kateri sistem ne termalizira, in mu torej ne moremo pripisati temperature. Oziroma, povedano z analogijo: med fazo, kjer se kocka ledu v vroči pijači stopi, in tisto, v kateri se ne bi stopila. Prva se dogaja v kaosu, pri drugi pa kaosa ni. Med njima - torej na robu kaosa - lahko tako srečamo povsem novo vrsto faznih prehodov, ki jo imenujemo fazni prehod z zlomom ergodičnosti.

Fazni prehod je namreč, kot je za STA pojasnil Vidmar, "sveti gral fizike". Najbolj poznana sta gotovo fazna prehoda vode - topljenje ledu ali izparevanje vode. V projektu pa želijo potrditi obstoj faznega prehoda, ki je drugačen od večine doslej poznanih faznih prehodov.

S potrditvijo bi po besedah Vidmarja poleg teoretičnega znanja o novem faznem prehodu prispevali tudi k razvoju eksperimentov oziroma tako imenovanih kvantnih simulatorjev. Poleg tega bi prek identificiranja skupnih fizikalnih mehanizmov pripomogli k povezovanju različnih vej fizike, ki so doslej za opis podobnih pojavov uporabljale različna izrazoslovja. Po drugi strani pa je uporabna vrednost novih teoretičnih dognanj tudi testiranje eksperimenta samega, kar vodi k napredkom in izboljšavam na področju kvantnih simulatorjev in kvantnih računalnikov.

Ideje, na katerih temelji Vidmarjev ERC projekt, so bile sicer še pred štirimi leti označene za kontroverzne, je pojasnil raziskovalec. Pred štirimi leti je namreč Vidmar s skupino slovenskih raziskovalcev v odmevnem članku izrazili dvom v do takrat precej uveljavljeno hipotezo, ki razlaga, pod katerimi pogoji se zgodi zlom kaosa. Razumevanje pogojev za zlom kaosa in termalizacije velja trenutno za nerešeno vprašanje in predstavlja nadaljevanje pionirskega dela, ki ga je leta 1958 začel Nobelov nagrajenec za fiziko Philip W. Anderson.

Kot je povedal Vidmar, je bil odziv znanstvene skupnosti velik, "pri marsikomu pa so prevladala čustva nad racionalnimi odzivi". "Takrat je bila to kar velika afera, nekateri raziskovalci so bili tudi zelo jezni in v glavnem so se ta čustva prelila na mene kot vodilnega avtorja te študije. Prvič sem na svoji koži izkusil, kako je, ko nekdo želi aktivno spodnesti tvoje ideje na tak ali drugačen način," je za STA pojasnil Vidmar.

Vidmar tako dodelitev projekta razume kot priznanje in nadaljnjo spodbudo "za plavanje malo vstran od glavnega toka raziskav". "Obdobje štirih let je v znanosti smatrano kot kratko obdobje in navdušen sem, v kolikšni meri smo v tem času uspeli uveljaviti svoje ideje. Prav zato z optimizmom zrem v prihodnjih pet let, ko bomo v okviru tega projekta lahko nadaljevali začeto delo. Hkrati pa je ta projekt tudi dokaz, da evropska raziskovalna skupnost ceni pluralnost pogledov in spodbuja razvoj idej, ki se morda v svojem začetku zdijo v nasprotju z večino do takrat uveljavljenih idej," je še povedal raziskovalec.