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加州大学尔湾分校新闻

数学真的是自然的语言吗?这位物理学家正在寻找答案。

纽约时装设计师罗德里格斯-维加(Martin Rodriguez-Vega)对自己家乡科马拉市(com马拉市位于墨西哥西部沿海州科利马(Colima),以其全白色的建筑而闻名)最清晰的记忆之一就是看到成群的鸟儿飞向美丽的日落。

Rodriguez-Vega回忆说,他看到鸟儿在空中俯冲,好像在翩翩起舞,每只鸟儿都在空中灵活地飞翔,形成巨大而复杂的图案。

当时,这些鸟之间的互动只是Rodriguez-Vega喜欢凝视的东西。之后,作为一个博士生在理论物理,他逐渐认识到鸟类的行为是一个复杂的现象科学家称出现的例子:模式或行为形式出现的灵巧的动态系统的各个部分,如鸟在一群。

这些部分共同工作,产生了一种类型的群体行为,如果没有其单个组成部分的协调动态,就不可能产生这种行为。

他说:“这些鸟想和它们的群体呆在一起,但它们不想靠得太近,否则它们就会相撞。”“所以这是一种想要接近,但又不想太接近的竞争,这导致了这些涌现的模式。这很有趣。”

十多年后,现为东北大学博士后研究员的Rodriguez-Vega正在研究一种类似的行为,只是他和一群物理学家正在研究、建模和测试亚原子粒子的集体行为,而不是分析鸟类飞行的动力学。他们的目标是探索量子材料隐藏的特性,这些特性被认为表现出电子排列的奇异性质。

除了发展预测和解释潜在量子材料行为的理论,美国东北大学博士后研究员Martin Rodriguez-Vega与其他研究人员一起在实验室进行实验并测试他的理论

“刺激是关于更深层次的意义。”

在亚原子尺度上,电子负责所有材料的导电。但是通过用专门的激光泵或超低温刺激量子材料,科学家可以使电子集体重新排列,赋予这些材料新的属性。

最终,科学家希望利用他们对量子材料的了解来改变科技,帮助生产更快的电子产品、更好的超级计算机和更智能的通讯设备——所有这些都依赖于电子的行为。

超导电性是涌现出的量子特性的一个最引人注目的例子:在极端寒冷的温度下,像铝这样的材料能够以超高速完美地导电。

Rodriguez-Vega说:“单个电子不可能表现出这种行为。”“但是当每个电子都在一起时,(这种材料)就可以转变成一种新的状态,在这种状态下,所有的电子都可以一起无阻力地穿过它。”

超导体和其他量子材料的影响可能会引发一场技术革命。Rodriguez-Vega希望能参与其中。

Arun Bansil, University Distinguished Professor of physics and Robert Markiewicz, professor of physics, are part of a team of researchers who are describing the mechanism by which copper-oxide materials turn from insulators to superconductors. Photo by Matthew Modoono/Northeastern University

超导体吗?他们正在探索这种奇怪的量子材料的身份危机。


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除了发展理论预测和解释行为的潜在量子材料,Rodriguez-Vega工作与研究人员在实验室进行实验和测试他的理论。通过拍摄的材料特殊的激光探测它们的属性,研究人员希望找到更容易和便宜的方法来利用量子材料。

罗德里-维加(Rodriguez-Vega)最近参与了一个团队,该团队利用这种技术发现了将磁铁矿从传输电荷的金属转变为阻止电荷的新方法。科学家们长期以来一直用磁铁矿研究磁性。

这种将理论与实验结合起来的能力正是罗德里格斯·维加将毕生精力投入研究的动力。他说,作为一名物理学家,最激动人心的部分是看到他所写的方程式准确地预测了实验结果。

他说:“令人兴奋的是它的深层含义,因为你在纸上写下的东西,在电脑上解决的问题,只是你对自然界可能发生的事情的一般解释。”“这给了你一种事物真的起作用的感觉,也许数学真的是自然的语言。真的很神奇。”

“你需要别人帮助你学习。”

Rodriguez-Vega在墨西哥的一个农业小镇长大,父母都是会计。他说,父母为他打开了通往物理学的道路,发挥了不可或缺的作用。他说,当他第一次申请美国的研究生院时,语言和入学考试的费用几乎相当于他父母两个月的工资。

他说:“当时,他们尽一切可能帮助我参加考试,然后,当我被录取后,他们又帮我凑钱买机票和住房的保证金。”“这对他们来说非常不可思议。”

Rodriguez-Vega也认为他的职业生涯作为一个理论物理学家的支持和指导的科学家如保罗爱茉莉,他大学的教授科利马、恩里科·罗西,谁将Rodriguez-Vega招至麾下当他迁移到美国攻读博士学位的大学威廉,玛丽在弗吉尼亚州威廉斯堡。

Rodriguez-Vega表示:“当你生活在一个与科学概念有点脱节的小镇上时,人们通常会认为,如果你想从事其中一种职业,唯一可能的结果就是成为一名教师。”“我并没有想过要接受教育,投入自己的生活,尝试创造知识来回答一些问题。”

Rodriguez-Vega认为,科学导师之所以重要,不仅是因为他们可以将技术知识传授给学生,还因为他们可以帮助那些面临着巨大挑战和知识壁垒的崭露头角的科学家进入科学界。

他说,当有人坐在那堵墙的顶端,帮助你爬过它时,从事科学工作就容易管理得多。

他说:“(科学家们)在这一点上积累的知识非常丰富。”“至少对我来说,很容易就会被复杂的事情搞得不知所措。”

罗德里格斯-维加是量子物质和相关电子理论实验室的成员,他努力把尽可能多的时间花在有需要的年轻科学家身上,即使这可能涉及到与物理无关的讨论。他说,有时候,学生们只需要谈谈他们的生活,以及在研究生院面临的挑战。

这位量子物理学家正在探索亚原子粒子的内部工作原理

领导该实验室的物理学教授格雷戈里·费埃特(Gregory Fiete)说,在很大程度上,得益于罗德里格斯-维加的帮助,他的学生们正在这个物理前沿领域发展新技能。Rodriguez-Vega一直在训练他们使用机器学习技术扫描大量数据,以发现潜在的量子材料。

Fiete也认识到帮助学生进步的重要性,他说,Rodriguez-Vega是一个典型的模型科学家。Fiete说,他是一位有能力的科学家,他可以做这项工作的技术方面——数值和分析部分——但他也是小组中年轻研究人员的可靠导师。

Fiete说:“无论你是舞蹈家、音乐家、科学家,无论你是什么,任何挑战都需要生活中的帮助和帮助。”“你需要其他人来帮助你学习,也需要其他人来征求你的意见,或者可能会受到他们的启发。”

Fiete说,导师和学生之间的这些关系对于科学的进步以及全球科研事业的民主化至关重要。

“我发现马丁鼓舞人心的事情之一就是他已经走了这么远,”Fiete说。“不是每个人都有相同的人生起点,他在早期必须克服很多障碍,才有了今天的成就。”

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.northeastern.edu/2020/10/26/is-math-really-the-language-of-nature-this-physicist-is-on-a-quest-to-find-out/