科学家在地球深处的全球范围内检测到量子相变

纽约州纽约市——2021 年 10 月 12 日——地球内部是个谜，尤其是在更深的地方(> 660 公里)。研究人员只有该地区的地震断层扫描图像，为了解释它们，他们需要计算矿物在高压和高温下的地震(声学)速度。通过这些计算，他们可以创建 3D 速度图并计算出观测区域的矿物学和温度。当矿物中发生相变时，例如在压力下晶体结构发生变化，科学家们会观察到速度变化，通常是剧烈的地震速度不连续性。

2003 年，科学家在实验室中观察到一种新型的矿物相变——亚铁镁石中铁的自旋变化，这是地球下地幔中含量第二丰富的成分。在压力或温度等外部刺激下，铁方镁石等矿物质可能会发生自旋变化或自旋交叉。在接下来的几年里，实验和理论小组证实了铁方镁石和桥锰矿(下地幔最丰富的相)的这种相变。但没有人完全确定这是为什么或在哪里发生。

2006 年，哥伦比亚工程教授Renata Wentzcovitch发表了她关于铁镁石的第一篇论文，为这种矿物的自旋交叉提供了理论。她的理论表明，它发生在下地幔一千公里的范围内。此后，应用物理和应用数学系教授 Wentzcovitch、地球和环境科学以及哥伦比亚大学的 Lamont-Doherty 地球观测站，与她的小组就这一主题发表了 13 篇论文，研究了铁镁石和桥锰石自旋交叉的每种可能情况下的速度，并在整个过程中预测了这些矿物的性质交叉。2014 年，Wenzcovitch 的研究重点是在极端条件下对材料，特别是行星材料的计算量子力学研究，预测了如何在地震断层扫描图像中检测到这种自旋变化现象，但地震学家仍然无法看到它。

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