Физики создали новую экзотическую фазу материи «море Ферми»
Физики получили уникальную фазу квантового вещества, аналогичную дробному ферми-морю. Эксперимент проводился с атомами цезия, охлажденными до температуры в несколько нанокельвинов — миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. В таких условиях частицы теряют свою индивидуальность и начинают функционировать как единая квантовая система. Об этом рассказывает Science XXI.
Бозоны, такие как фотоны, могут занимать одно и то же квантовое состояние, в то время как фермионы, включая электроны и кварки, подчиняются принципу запрета Паули, который не позволяет нескольким одинаковым частицам занимать одно состояние. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Для эксперимента ученые сформировали бозе-газ из примерно 70 000 атомов цезия. Затем вещество было помещено в одномерные трубки, созданные с помощью двумерной оптической решетки из лазеров. Эта установка позволила наблюдать поведение атомов при контролируемом изменении их взаимодействий.
Исследователи многократно переводили атомы из режима сильного отталкивания в режим сильного притяжения. Вместо хаотичного нагрева или рассеивания система перестроилась в новое многочастичное состояние. В этом состоянии квантовые состояния оказались заполнены лишь частично, что стало признаком дробного ферми-моря.
Ученые также зафиксировали характерные колебания плотности, известные как осцилляции Фриделя. По их оценке, новое состояние остается сильно возбужденным, но обладает скрытым внутренним порядком. Исследовательская группа пока не определилась с названием возникших квазичастиц и допускает вариант «суперфермионы».
Авторы работы считают, что эксперимент открывает новые возможности для изучения квантовых систем из холодных атомов. Подобные исследования могут расширить методы квантового моделирования и помочь в разработке технологий обработки информации, высокоточных измерений и шифрования.
