Парадокс Клейна подтверждён спустя почти 100 лет
Различные физические эффекты требуют изучения и дальнейшего подтверждения опытным путем. Однако воссоздать какой-либо «массивный» эффект в лабораторных условиях с использованием аналитического или испытательного оборудования невозможно ввиду экстремальных естественных условий, в которых этот эффект наблюдается. Например, доказать существование некоторых космических эффектов и поведение объектов, находящихся под их влиянием, невозможно в принципе в земных лабораториях. Поэтому, ученые находят выход в привычных им аналогах: они переносят все явления макромира в микромир. В частности, поведение частиц изучается с использованием Большого адронного коллайдера и других экспериментальных установок. С их помощью воспроизводится взаимодействие частиц, контролируется их поведение и наблюдаются нужные эффекты.
Именно так ученые попытались объяснить физический парадокс, который связан с задачей о туннелировании частиц. Это парадокс Клейна, наблюдающийся в ядерной физике, космологии и других областях. Суть данного явления заключается в стопроцентной вероятности прохождения релятивистской частицы через барьер, обладающий высоким потенциалом. Учитывая, что подобного поведения частиц невозможно наблюдать ни в классической физике, ни в релятивистской квантовой механике, данное явление получило название парадокса Клейна, в честь учёного, столкнувшегося с подобными трудностями при разгоне электронов.
Сегодня мы узнаем о том, что данный парадокс, сформулированный еще в 1929 году, спустя почти 100 лет нашел свое подтверждение. Для этого ученые использовали трехслойную гетероструктуру из фононного кристалла. Кристалл представляет собой двумерную решётку из акриловых цилиндров одинаковых размеров (длина, радиус). Слои были не одинаковыми — промежуточный имел цилиндры меньшего размера, чем первый и последний. Однако период решётки у всех слоев совпадал и составлял 28 мм. Управляя шириной барьера для фононов, учёные наращивали во втором слое число цилиндров. При изменении высоты они могли варьировать величину радиуса. Для каждого параметра создавался свой барьер определённой высоты. После проведенной серии экспериментов оказалось, что при различных конфигурациях находятся такие участки частот, для которых пропускаемость частиц практически абсолютная, то есть коэффициент близок к 100%.
