科學(xué)家在地球深處的全球范圍內(nèi)檢測到量子相變

紐約州紐約市——2021 年 10 月 12 日——地球內(nèi)部是個謎，尤其是在更深的地方(> 660 公里)。研究人員只有該地區(qū)的地震斷層掃描圖像，為了解釋它們，他們需要計算礦物在高壓和高溫下的地震(聲學(xué))速度。通過這些計算，他們可以創(chuàng)建 3D 速度圖并計算出觀測區(qū)域的礦物學(xué)和溫度。當(dāng)?shù)V物中發(fā)生相變時，例如在壓力下晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，科學(xué)家們會觀察到速度變化，通常是劇烈的地震速度不連續(xù)性。

2003 年，科學(xué)家在實驗室中觀察到一種新型的礦物相變——亞鐵鎂石中鐵的自旋變化，這是地球下地幔中含量第二豐富的成分。在壓力或溫度等外部刺激下，鐵方鎂石等礦物質(zhì)可能會發(fā)生自旋變化或自旋交叉。在接下來的幾年里，實驗和理論小組證實了鐵方鎂石和橋錳礦(下地幔最豐富的相)的這種相變。但沒有人完全確定這是為什么或在哪里發(fā)生。

2006 年，哥倫比亞工程教授Renata Wentzcovitch發(fā)表了她關(guān)于鐵鎂石的第一篇論文，為這種礦物的自旋交叉提供了理論。她的理論表明，它發(fā)生在下地幔一千公里的范圍內(nèi)。此后，應(yīng)用物理和應(yīng)用數(shù)學(xué)系教授 Wentzcovitch、地球和環(huán)境科學(xué)以及哥倫比亞大學(xué)的 Lamont-Doherty 地球觀測站，與她的小組就這一主題發(fā)表了 13 篇論文，研究了鐵鎂石和橋錳石自旋交叉的每種可能情況下的速度，并在整個過程中預(yù)測了這些礦物的性質(zhì)交叉。2014 年，Wenzcovitch 的研究重點是在極端條件下對材料，特別是行星材料的計算量子力學(xué)研究，預(yù)測了如何在地震斷層掃描圖像中檢測到這種自旋變化現(xiàn)象，但地震學(xué)家仍然無法看到它。

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