Физики получили экзотическое состояние квантовой материи

МОСКВА, 18 авг — РИА Новости. Австрийские и итальянские физики впервые смогли получить в лаборатории двумерный сверхтвердый квантовый газ, или сверхтекучее твердое тело — термодинамическую фазу, представляющую собой твердое тело со свойствами сверхтекучей жидкости. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

При охлаждении квантовой жидкости — конденсата Бозе — Эйнштейна — до определенной температуры она приобретает сверхтекучие свойства, в частности, нулевую вязкость, то есть отсутствие трения. Возможность сверхтекучести квантовых кристаллов была предсказана еще пятьдесят лет назад, но до сих пор доказать ее экспериментальным путем не удавалось.

Исследователи под руководством Франчески Ферлайно (Francesca Ferlaino) из отдела экспериментальной физики Университета Инсбрука и Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук в Инсбруке впервые получили супертвердое состояние с полностью делокализованными атомами в ультрахолодном квантовом газе. Это означает, что один и тот же атом существует в каждой точке конденсата в любой момент времени.

"Обычно каждый атом находится в пределах определенной капли, без возможности оказаться между ними, — приводятся в пресс-релизе Университета Инсбрука слова одного из авторов статьи Мэтью Норча (Matthew Norcia). — Однако в сверхтвердом состоянии каждая частица делокализована по всем каплям, существующим одновременно. По сути, у вас есть система с рядом областей с высокой плотностью, которые имеют одни и те же делокализованные атомы".

Самоорганизовываться в капли и располагаться в регулярном порядке атомы заставляет магнитное взаимодействие. При этом, несмотря на наличие пространственного порядка, в объемной структуре возникает эффект потока без трения.

До сих пор сверхтвердые состояния в квантовых газах наблюдали только в одномерных структурах — вдоль одной цепочки капель. Два года назад, после нескольких десятилетий теоретических и экспериментальных работ, исследовательским группам в Пизе, Штутгарте и Инсбруке независимо друг от друга впервые удалось получить двумерные сверхтвердые тела в ультрахолодных квантовых газах с магнитными атомами.

"Мы расширили этот феномен до двух измерений, создав системы с двумя или более рядами капель, — объясняет Норча. — Это не только количественное улучшение, но и кардинальное расширение исследовательских перспектив. Например, в двумерной сверхтвердой системе можно изучать, как вихри образуются в отверстии между несколькими соседними каплями".

"Теоретически такие вихри еще не описаны, но они представляют собой важное следствие сверхтекучести", — добавляет Франческа Ферлайно.

Авторы уверены, что в будущем, продолжая изучение сильно поляризованных магнитных атомов в сверхтвердых квантовых газах, они смогут получить в лаборатории новые парадоксальные квантово-механические состояния материи.