Міжнародна група вчених уперше експериментально створила нову екзотичну форму квантової матерії, яку назвали «дробним морем Фермі». Це відкриття може змінити уявлення про поведінку матерії за екстремально низьких температур і дати поштовх новим квантовим технологіям.
Про це повідомляє ScienceAlert.
Новий стан матерії вдалося отримати під час експериментів з ультрахолодними атомами цезію, які охолодили лише на кілька нанокельвінів вище абсолютного нуля — це приблизно мінус 273,15 градуса Цельсія.
За таких температур квантові ефекти починають повністю домінувати над звичною фізикою. Атоми втрачають індивідуальні властивості та поводяться як єдина квантова система.
Для експерименту фізики помістили близько 70 тисяч атомів цезію в одновимірні трубки, сформовані двовимірною оптичною решіткою з лазерів.
Після цього вчені багаторазово змінювали характер взаємодії між атомами — від сильного взаємного відштовхування до сильного притягання.
Саме ці циклічні зміни дозволили сформувати новий квантовий стан, який отримав назву «дробне море Фермі».
Результати дослідження вже опубліковані у журналі Physical Review Letters.
На відміну від звичайного «моря Фермі», де частинки займають доступні квантові стани за чіткими правилами, у новій формі ці стани можуть бути заповнені лише частково.
Це створює зовсім нову модель поведінки матерії.
Дослідники зазначають, що дробне море Фермі має дуже незвичні властивості.
Попри високу енергію системи, циклічні зміни не викликають хаотичного руху атомів чи нагрівання, а навпаки — впорядковують систему.
Провідний автор дослідження, фізик Університету Інсбрука І Цзен, пояснив, що замість нагрівання цикл взаємодій перебудовує атоми в новий багаточастинковий стан.
Під час експерименту вчені також зафіксували характерні коливання Фріделя — особливий тип квантових хвиль, які стали ключовим доказом існування нового стану матерії.
Керівник дослідження, професор експериментальної квантової фізики Ганс-Крістоф Негерль визнав, що навіть для самих учених ця матерія залишається незвичною.
За його словами, дослідники поки не впевнені, як правильно назвати нові квазічастинки, і навіть жартують про назву «суперферміони».
Автори роботи вважають, що це відкриття допоможе краще зрозуміти фундаментальні властивості квантових систем і механізми, через які з квантового світу формується звична для нас реальність.
Крім фундаментальної науки, новий підхід може знайти застосування у квантових обчисленнях, надточних вимірюваннях, матеріалознавстві, біомедицині та технологіях шифрування.