Ученые впервые смогли увидеть кристаллы Паули

Команде исследователей из Гейдельбергского университета удалось построить установку, которая позволила впервые наблюдать кристаллы Паули. Работа исследователей доступна на сайте препринтов arXiv.org.

Принцип Паули довольно прост: он утверждает, что в атоме не могут существовать два фермиона с одинаковым набором квантовых чисел. Но, как и многие другие физические принципы, это простое утверждение оказало глубокое влияние на квантовую механику. Более подробное рассмотрение этого принципа также показывает, что не существует двух фермионов, занимающих одно и то же квантовое состояние.

Это значит, что электроны в атоме должны иметь разные орбиты, что объясняет его большой объем по сравнению с размерами ядра. Это понимание самоупорядочения фермионов приводит и к другим выводам — например, что они должны образовывать кристаллы с определенной геометрией, которые теперь известны как кристаллы Паули. Первое наблюдение этого эффекта также показало, что на практике добиться образования такого кристалла крайне трудно. Но в новой работе исследователи все же смогли этого достичь, создав установку, которая позволила им впервые наблюдать кристаллы Паули.

Новое устройство содержит лазеры, способные воздействовать на облако атомов лития-6, охлажденное до их самого низкого энергетического состояния, заставляя их соблюдать принцип Паули, в слое толщиной в один атом. Затем исследователи использовали специальную методику, которая позволила им получать фото отдельных атомов, находящихся в определенном квантовом состоянии.

После этого авторы использовали камеру для получения 20 тысяч снимков. Но в анализ включались только те изображения, на которых было «правильное» количество атомов. Это указывало на то, что электроны в атомах придерживались принципа Паули. Затем команда обработала оставшиеся изображения, чтобы удалить влияние общего импульса в облаке атомов, повернула их должным образом и наложила друг на друга, чтобы выявить распределение импульсов отдельных атомов. Так исследователи получили точку отсчета, которая позволила затем восстановить кристаллическую структуру, предсказанную теорией. Исследователи отмечают, что их метод также может быть использован для изучения других эффектов, связанных с фермионными газами.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.