Representação esquemática de um sistema de domínio de spin duplo acoplado a um único reservatório. Aqui, denotamos o primeiro domínio de spin contendo spins N1 como D1, onde os spins são mostrados como setas vermelhas, o segundo domínio de spin 2 com spins N2 é rotulado como D2 com os spins representados pelas setas azuis. Em ambos os domínios, cada spin acopla-se ao reservatório bosônico (na temperatura T) com a constante de acoplamento g. Crédito:arXiv:1612,08963 [quant-ph]
Uma equipe de pesquisadores de várias instituições no Japão descreveu um sistema físico que pode ser descrito como existente acima do "calor absoluto" e também abaixo do zero absoluto. Em seu artigo publicado na revista Cartas de revisão física , o grupo descreve suas ideias sobre spins coletivos em sistemas de domínio duplo e as situações interessantes que podem ocorrer dentro deles.
O conceito de temperatura evoluiu ao longo de um longo período de tempo, de descrições de sensações simples a estados teóricos de sistemas físicos. Em seu jornal, os pesquisadores com este novo esforço descrevem sua investigação de relaxamento em spins coletivos duplos em um sistema de domínio duplo e algumas configurações que podem resultar em certas circunstâncias extremas. De particular interesse são as situações que envolvem domínios de spin em configurações antiparalelas, que, quando desequilibrado, pode acabar relaxando em direção a um estado de temperatura negativa. À primeira vista, tal ocorrência pareceria impossível, porque sugere que há uma circunstância em que algum pedaço de material pode ser resfriado abaixo do zero absoluto, que, claro, vai contra o entendimento atual - mas a teoria sugere que é possível.
A ideia de um estado de temperatura negativa é usada pelos pesquisadores como uma explicação para uma ocorrência no mundo real - inversão populacional, em que os átomos são empurrados de um nível de energia inferior para um nível de energia superior e, então, podem cair de volta, resultando em emissão de luz. É assim que os ponteiros laser funcionam. Quando os físicos descobriram que tal propriedade era possível, eles deram uma outra olhada no spin, que dá aos átomos suas propriedades magnéticas, e descobri que os sistemas de spin podem ser persuadidos a se comportar de mais maneiras do que se pensava ser possível - alguns até mesmo foram encontrados para se tornarem invertidos, o que poderia levar a um sistema que flui naturalmente para cima nos níveis de energia.
Neste novo esforço, os pesquisadores relatam a possibilidade de bolsões de átomos, dois neste caso, ter spins que compartilham um reservatório, e que têm uma temperatura fixa. Quando os dois bolsos são do mesmo tamanho, a matemática mostrou, metade dos spins acabam em um estado superior, e a outra metade no estado inferior. Mas quando os bolsos são de tamanhos diferentes, os spins acabam fluindo em direção ao estado superior, tornando um bolso mais invertido do que o outro, levando à ideia de temperaturas negativas.
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