Физики обнаружили ультрахолодные фейерверки из атомов

Ученые заметили новый тип поведения материи в квантовом состоянии под названием конденсат Бозе — Эйнштейна. Вместо ожидаемого полностью однородного движения атомов они наблюдали в эксперименте похожую на фейерверк картину. Статья с результатами опубликована в журнале Nature.

Конденсат Бозе — Эйнштейна (КБЭ) является отдельной специфической квантовой фазой материи. В такой ситуации, обычно достижимой только при близкой к абсолютному нулю температуре, все входящие в систему частицы оказываются в одном квантовом состоянии. Среди примеров КБЭ — совокупность электронных пар в сверхпроводнике или атомы в сверхтекучем состоянии. КБЭ исследуется уже давно и считается достаточно подробно разработанным направлением, поэтому обнаружить новое явление в этой области сложно.

Авторы новой работы проводили эксперимент с КБЭ из атомов цезия. К ним прикладывалось магнитное поле, которое заставляло частицы сталкиваться, из-за чего некоторые атомы вылетали в стороны. Однако вместо полностью однородной картины этого движения авторы зафиксировали отдельные струи, напоминающие миниатюрный фейерверк. «Это новое фундаментальное поведение материи, которое ранее никто не наблюдал, — говорит соавтор статьи Чэн Чин из Чикагского Университета. — Это нас сильно удивило».

Эти крохотные струи могут появляться и в других системах, что может помочь как в разработке физической теории квантовых систем, так и при разработке технологических приложений. «Например, если вы посылаете определенный атом в одном направлении, то за ним следует целая группа, что может быть использовано в качестве усиления сигналов в микромире», — говорит один из авторов Логан Кларк.