Квантові системи вкотре довели, що звичні нам закони природи — лише частковий випадок. Міжнародна група вчених розгадала таємницю особливого квантового газу, який здатен залишатися холодним навіть під інтенсивним «обстрілом» енергією. Це відкриття ставить під сумнів непорушність класичної термодинаміки в мікросвіті.
Дослідження, результати якого опублікували в Physical Review Letters, базується на експериментах, розпочатих ще минулого року в Інсбруку. Тоді фізики помітили дивну річ: газ, охолоджений майже до абсолютного нуля ($0$ К), після серії лазерних «ударів» спочатку почав нагріватися, але потім раптово стабілізувався.
Чому енергія не перетворюється на тепло?
Причина криється у явищі, яке фізики називають динамічною локалізацією. У звичайному світі енергія, що потрапляє в систему, змушує частинки рухатися швидше (це ми і сприймаємо як нагрівання). Однак у квантовому газі через надсильну взаємодію між атомами виникає ефект «заціпеніння».
- Атоми створюють специфічну енергетичну решітку.
- Коли інтенсивність зовнішнього впливу досягає певного порогу, система перестає поглинати енергію.
- Частинки «замикаються» у своїх станах і більше не прискорюються.
Математична модель «зламу»
Вчені створили модель, яка вперше пояснила цей процес на мікроскопічному рівні. Виявилося, що існує чітка межа: якщо сила лазерного імпульсу перевищує критичне значення, газ фактично «вимикається» з термодинамічного обміну. Він стає енергетично ізольованим, попри те, що на нього продовжують діяти зовнішні сили.
Хоча робота поки що має теоретичний характер, вона відкриває шлях до створення нових квантових матеріалів, які не перегріваються. Це критично важливо для розробки квантових комп’ютерів майбутнього, де зайве тепло є головним ворогом стабільності обчислень. Наступним кроком стане експериментальна перевірка «порогу зламу», яка має остаточно підтвердити: класична фізика в квантовому світі більше не господар.