Двумерный сверхтвердый квантовый газ впервые получен в лаборатории

Сегодня ученые могут точно контролировать отдельные частицы в чрезвычайно охлажденных газовых облаках в лаборатории, обнаруживая явления, которые невозможно наблюдать в повседневном мире.

Двумерный сверхтвердый квантовый газ впервые был получен в лаборатории. 

Например, отдельные атомы в конденсате Бозе-Эйнштейна полностью делокализованы. Это означает, что один и тот же атом существует в каждой точке конденсата в любой момент времени. Два года назад исследовательской группе под руководством Франчески Ферлайно из отдела экспериментальной физики Университета Инсбрука и Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук в Инсбруке впервые удалось создать супертвердые состояния в ультрахолодных условиях. квантовые газы магнитных атомов. Магнитное взаимодействие заставляет атомы самоорганизовываться в капли и располагаться в регулярном порядке.

«Обычно можно подумать, что каждый атом находится в определенной капле, без возможности попасть между ними», — говорит Мэтью Норча из команды Франчески Ферлайно.

«Однако в сверхтвердом состоянии каждая частица делокализована по всем каплям, существующим одновременно в каждой капле. По сути, у вас есть система с рядом областей с высокой плотностью (капель), которые имеют одни и те же делокализованные атомы ». Это причудливое образование позволяет создавать такие эффекты, как поток без трения, несмотря на наличие пространственного порядка (сверхтекучесть).

Новые измерения, новые эффекты для исследования

До сих пор сверхтвердые состояния в квантовых газах когда-либо наблюдались только как цепочка капель (вдоль одного измерения).

«В сотрудничестве с теоретиками Луисом Сантосом из Университета Лейбница в Ганновере и Расселом Биссетом в Инсбруке мы расширили этот феномен до двух измерений, создав системы с двумя или более рядами капель», — объясняет Мэтью Норча. Это не только количественное улучшение, но и кардинальное расширение исследовательских перспектив. «Например, в двумерной сверхтвердой системе можно изучить, как вихри образуются в отверстии между несколькими соседними каплями», — говорит он.

«Теоретически описанные вихри еще не были продемонстрированы, но они представляют собой важное следствие сверхтекучести». Эксперимент открывает новые возможности для дальнейшего исследования фундаментальной физики этого удивительного состояния материи.

Новое направление исследований: сверхтвердые тела.

Предсказанная 50 лет назад сверхтвердость с ее удивительными свойствами широко исследовалась в сверхтекучем гелии. Однако после десятилетий теоретических и экспериментальных исследований четкое доказательство сверхтвердости в этой системе все еще отсутствовало. Два года назад исследовательским группам в Пизе, Штутгарте и Инсбруке независимо друг от друга впервые удалось создать так называемые сверхтвердые тела из магнитных атомов в ультрахолодных квантовых газах.

В основе новой, растущей области исследований сверхтвердых тел лежит сильная полярность магнитных атомов, характеристики взаимодействия которых позволяют создать это парадоксальное квантово-механическое состояние материи в лаборатории.