Физики увидели необычное поведение атомов при температуре несколько нанокельвинов

Американские ученые исследовали необычные состояния атомов калия, возникающие при сверхнизких температурах. Статья опубликована в журнале Science.

Квантовый микромир очень сложен и методы классической физики к нему неприменимы. Чтобы изучить свойства мельчайших частиц, физики охлаждают их до сверхнизких температур и изучают различные «экзотические» состояния систем, например, сверхпроводимость. Команда ученых из Массачусетского технологического института разработала модель, позволяющую увидеть поведение атомов при сверхнизких температурах, аналогичное поведению электронов в высокотемпературных сверхпроводниках, которое описывается моделью Хаббарда.

Сверхпроводники – это вещества, у которых при определенных (критических) температурах исчезает электрическое сопротивление. С помощью лазерных методов физики охладили атомы калия до нескольких нанокельвинов. Используя микроскоп высокого разрешения, ученые получили изображения интересных квантовых явлений в образовавшемся газе. Ученые увидели, что атомы взаимодействуют весьма своеобразными способами: некоторые атомы проявляли «асоциальное» поведение и держались далеко друг от друга, в то время как другие «кучковались». Эти плотно сгруппированные атомы имели разные магнитные ориентации и проявляли антиферромагнетические свойства.

В то же время, было обнаружено, что электроны, которые изначально занимали стандартные орбитали в атомах, затем перескакивали на другие атомы. Это согласовалось с моделью Хаббарда для высокотемпературной сверхпроводимости. Как говорит главный автор статьи, команда ученых только начала свои попытки, и в дальнейшем эти эксперименты помогут лучше разобраться в явлении сверхпроводимости и добиться этого явления даже при комнатной температуре. Это положит начало совершенно новой эры электрической энергии.