Лоренц Хруби и его коллеги из группы Тилмана Эсслингера из Института квантовой электроники взялись за решение этой проблемы на очень фундаментальном уровне, как они сообщают в статье, опубликованной на этой неделе в Интернете в Proceedings of the National Academy of Sciences (США). ). Они создали метастабильные состояния в искусственной квантовой системе многих тел, атомном газе, фундаментальные квантовые свойства которого точно известны и поведение которого они могут контролировать с высокой точностью и гибкостью. В этой системе Hruby et al. наблюдали два метастабильных состояния, характеризующиеся различным способом упорядочения атомов (напоминающие различные структуры, которые могут принимать макромолекулы).
Важно отметить, что они успешно отслеживали в реальном времени, как газ переключается между этими двумя состояниями. Они обнаружили, что в процессе переключения несколько тысяч атомов движутся через квантовое туннелирование в масштабе времени, когда обычно отдельные частицы меняют свое положение.В качестве триггера для этой «туннельной лавины» команда определила процессы на поверхности атомарного газа. Сравнивая экспериментальные наблюдения с теоретической моделью, они определили, что шкала времени переключения определяется взаимодействиями между самими атомами, а не внешними параметрами управления.
Центральным для этого процесса была способность — впервые представленная группой Эсслингера в более ранней работе — позволять атомам взаимодействовать одновременно на коротких (атом-атом) и на больших расстояниях, позволяя частицам участвовать в своего рода сложном взаимодействии. Это придает интригующие свойства широкому спектру материалов и, в то же время, соединяет поверхность системы с ее ядром.Исследование Хруби и его сотрудников дает фундаментальное представление о метастабильных состояниях материи и о процессах переключения между этими состояниями.
Высокая степень контроля, продемонстрированная в этих экспериментах, вместе с возможностью прямого сравнения экспериментальных результатов с теоретическими моделями обещает, что такие эксперименты должны предоставить универсальную платформу для изучения динамики метастабильных состояний и связанных с ними процессов с беспрецедентной детальностью.