Физики увидели рождение квазичастиц в режиме реального времени

Немецким физикам удалось смоделировать образование квазичистиц в ультрахолодном квантовом газе в режиме реального времени. С подробностями исследования можно ознакомиться в журнале Science.

Понятие «квазичастица» позволяет упростить описание квантовых систем, в которых взаимодействуют твердые тела. Например, при движении электрона через что-то твердое он поляризуется из-за своего заряда. Это «облако поляризации» движется вместе с электроном, и в результате такой электрон «в оболочке» становится квазичастицей или поляроном (полярон — квазичастица в кристалле, состоящая из электрона и сопровождающего его облака поляризации).

«Вы можете представить себе лыжника в снежный день. Он окружен облаком снежных кристаллов. Вместе они образуют систему, которая обладает свойствами, отличными от лыжника без облака», - объяснил один из авторов исследования Рудольф Гримм, профессор Института экспериментальной физики Инсбрукского университета.

В своем эксперименте ученые решили пронаблюдать за рождением квазичастицы, однако такой процесс длится лишь сто аттосекунд, поэтому уследить за ним крайне сложно. Для моделирования схожих условий ученые решили использовать ультрахолодные квантовые газы. Такие газы идеальны для проведения экспериментов и изучения физических явлений в твердотельных материалах. Физики могут сами контролировать процессы в такой среде, изменять состояния и вмешиваться во взаимодействие между частицами в газах.

Ученые наполнили вакуумную камеру ультрахолодным квантовым газом, состоящим из атомов лития, а также атомов калия, расположенных по центру. Для обоих типов атомов физики использовали изотопы, которые принадлежат к тому же классу, что и электроны. Ученые зафиксировали, что поляроны в такой среде образовались за несколько микросекунд.

«Проследить за динамикой процесса во всех деталях нам пока не удалось, однако мы впервые смогли наблюдать рождение полярона в режиме реального времени», — отметил Гримм.