מחקר בגובה העיניים

מחקר בגובה העיניים

מפעל ייחודי של הקרן הלאומית למדע שמטרתו להנגיש את הישגי המחקרים הממומנים על ידה לציבור הרחב.

עובדות ומספרים

< חזרה למחקרים
פרופ' יוג'ין קנציפר
מתמטיקה שימושית
מכון טכנולוגי חולון - מ.ט.ח (ע"ר)
מדעים מדוייקים וטכנולוגיה
תקופת המחקר
2012-2016

סדירות וכאוטיות של ביליארד קוונטי וגלי

המחקר עוסק בפענוח רעשים בביליארד קוונטי, כלומר בביליארד על שולחן קטן כל-כך שה"כדור" של המשחק הופך לחלקיק קוונטי, ובביליארד גלי – שבו ה"כדור" הוא בכלל גל. האם ניתן לקבוע, בביליארדים אקזוטיים כאלה, אם ה"משחק" יהיה סדיר או כאוטי?

נכתב ע''י יוג'ין קנציפר, 15 אוק 2017

כולנו מכירים את משחק הסנוקר, או הביליארד. מחקר זה עוסק במשחקי ביליארד – אך לא ביליארד "קלאסי" אלא קוונטי. מנקודת המבט של החוקרים – מתמטיקאים ופיזיקאים – ביליארד מהווה מערכת דינמית שבה חלקיק (כדור) נע בקו ישר ומוחזר באופן אספקלרי ("החזרת ראי") מקיר ללא איבוד מהירות, כאשר זווית ההחזרה לאחר ההתנגשות שווה לזווית הפגיעה בקיר (חוק ההחזרה). אופי תנועת הכדור בביליארד נקבע על ידי חוק ההחזרה ועל ידי צורת שולחן הביליארד. קיימים שולחנות ביליארד משני סוגים: סדירים (רגולריים) וכאוטיים. לשולחן ביליארד סדיר יש צורה מיוחדת, סימטרית במיוחד (כגון עיגול או ריבוע). אם עוקבים אחרי מסלול הכדור על פני שולחן ביליארד סדיר, הוא נראה רגולרי לחלוטין. לעומת זאת, לשולחן ביליארד כאוטי יש צורה עם סימטריה נמוכה יותר, אם בכלל (כגון צורה של לב). במקרה זה, מסלול הכדור לא יהיה סדיר, והחלקיק ייטה לבקר באחידות כמעט בכל מקום על פני שולחן הביליארד. כמו כן, אם נתבונן בשני כדורים עם הבדל קטן מאוד בכיווני וקטור המהירות, המרחק ביניהם יגדל מהר מאוד (אקספוננציאלית) בזמן. תכונות אלו הן סימן ההיכר המובהק של כאוס קלאסי. מה יקרה אם נקטין את שולחן הביליארד עד כדי כך שהכדור יהפוך לחלקיק קוונטי (כגון אלקטרון) המתואר על ידי פונקציית גל? או, לחלופין, מה יקרה אם נחליף את ביליארד החלקיקים בביליארד גלי (כגון microwave billiard)? האם ניתן לקבוע במקרים אלה – על ידי מדידות כאלו או אחרות – אם לביליארד קוונטי (או גלי) יש צורה סדירה או כאוטית? זו אחת הבעיות המרכזיות בתחום של כאוס קוונטי. השאלה הנשאלת חשובה גם מהבחינה התיאורטית (הרי במכניקה הקוונטית, בגלל עקרון אי הוודאות של הייזנברג, עצם המונח "מסלול" של חלקיק הוא בעייתי) וגם מהבחינה היישומית – שכן ננוטכנולוגיות מודרניות מאפשרות ייצור ובקרה של ביליארדים קוונטיים. אחת הדרכים להבחין בין שני סוגי הביליארד – סדיר או כאוטי – היא להתבונן בתכונות הסטטיסטיות של רמות האנרגיה של חלקיק קוונטי בביליארד. לפני כעשור התגלה – באמצעות סימולציות נומריות נרחבות – כי בביליארדים סדירים רמות האנרגיה "מרעישות" כמו חלקיק קלאסי המבצע תנועה בראונית (Brownian motion). לעומת זאת, בביליארדים כאוטיים הרעש ברמות האנרגיה צפוי להתנהג בדומה לרעש לבן. עד כה, תוצאות הסימולציות לא קיבלו הסבר תיאורטי מספק, אך במסגרת מחקר זה הוצג ניתוח תיאורטי מדויק של רעשים ברמות האנרגיה בעזרת התיאוריה של מטריצות אקראיות. בראש המחקר עמד פרופ' יוג'ין קנציפר, והשתתפו בו ד''ר רומן רייזר (פוסטדוקטורנט במחלקה למתמטיקה במכון הטכנולוגי חולון) וד''ר ולדימיר אוסיפוב (חוקר במחלקה לפיזיקה כימית באוניברסיטת לונד שבשוודיה, ופוסטדוקטורנט במחלקה למתמטיקה במכון הטכנולוגי בין השנים 2008-2005). המחקר ממומן על ידי הקרן הלאומית למדע במסגרת הפרויקט הרב-שנתי שכותרתו "כאוס קוונטי בראי התיאוריה של מערכות אינטגרביליות".

פורסם בתאריך - 29-יולי-2019 - התכנים נכונים ליום הפרסום

מילות מפתח

כאוס קוונטי
מטריצות אקראיות
נקודה קוונטית
פיסיקה מתמטית
אינטגרביליות
פורסם בתאריך - 29-יולי-2019 - התכנים נכונים ליום הפרסום