从无序到有序：鸟类集群和“旋转”颗粒

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文章概述：

一组日本研究人员在物理学和生物物理学领域展开合作，通过研究鸟群行为以及粒子运动的性质，发现了一种新的有序状态——铁磁性。他们证明了通过增加粒子的运动性可以诱导出有序状态，并且排斥力足以维持这种状态。这一发现不仅将活跃物质的概念扩展到了量子系统，还有助于开发依赖于粒子磁性属性的新技术，如磁性存储和量子计算。研究结果已经发表在《物理评论研究》期刊上。

活跃物质是一种状态，在这种状态下，个体（如鸟类、细菌或细胞）会自组织，从无序状态变为有序状态，形成所谓的“相变”，并以有组织的方式移动，无需外部控制。

研究人员表示：“之前的研究表明，活跃物质的概念可以适用于多个尺度，从纳米级别（生物分子）到米级别（动物）。然而，目前尚不清楚是否活跃物质的物理学可以在量子水平上得到有效应用。我们希望填补这一空白。”

为了填补这一空白，研究人员需要证明在量子系统中可以诱导和维持有序状态的可能机制。他们从鸟群行为中获得灵感，创造了一个理论模型，其中原子基本上模拟了鸟类的行为。在这个模型中，当他们增加了原子的运动性时，原子之间的排斥力重新排列它们成为称为铁磁性的有序状态。在铁磁态中，粒子的自旋，即亚原子粒子和核的角动量，会朝着同一个方向排列，就像鸟群飞行时面对同一方向一样。

研究人员采取了多面手段来确保他们的发现不是偶然现象。幸运的是，计算机模拟、平均场理论、粒子的统计理论以及基于线性代数的数学证明的结果都是一致的。这加强了他们发现的可靠性，也是新研究的第一步。

研究人员表示：“活跃物质概念的扩展到量子世界目前仍处于初级阶段，许多方面仍然待解。我们希望进一步发展量子活跃物质的理论，并揭示其普遍性质。”

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