От кристаллов до бактерий. Физики нашли общий знаменатель для нелинейного роста
Понимание того, как формируются и растут поверхности, долгое время оставалось одним из самых сложных вызовов для физики.
Еще в 1986 году было предложено уравнение Кардара-Паризи-Жана (КПЗ), которое должно было описывать рост в самых разнообразных системах — от кристаллов до популяций бактерий. Однако экспериментально подтвердить его универсальность в двумерном пространстве удалось только сейчас благодаря работе ученых из Вюрцбургского университета.
Процессы роста в природе всегда являются нелинейными и случайными. Для проверки теории исследователи создали уникальную квантовую установку, охладив полупроводник из арсенида галлия до экстремальных -269,15 °C.
Под воздействием лазерного облучения в материале возникали поляритоны — короткоживущие гибридные частицы света и материи. Поскольку поляритоны существуют всего несколько пикосекунд, они стали идеальным объектом для изучения сверхбыстрых процессов роста в условиях, далеких от равновесия.
Ключом к успеху стал контроль над материалом на атомном уровне. Используя метод молекулярно-лучевой эпитаксии, ученые сконструировали структуру, где зеркальные слои удерживали фотоны внутри «квантовой пленки». Точность настройки параметров лазера измерялась в микрометрах.
Результаты измерений пространственной и временной эволюции системы полностью совпали с предсказаниями модели КПЗ.
Это открытие подтверждает, что фундаментальные правила роста одинаковы для колоссального количества неравновесных систем в нашей вселенной. Исследование немецких физиков было опубликовано в соавторстве с теоретиками из Кельна, которые разработали базу для этого эксперимента еще в 2015 году.