«Это очень фундаментальное поведение, которого мы никогда раньше не видели; это было для нас большим сюрпризом», — сказал автор исследования и профессор физики Ченг Чин. Исследование, опубликованное 6 ноября в журнале Nature, описывает любопытное явление, которое, как считалось, было хорошо изученной системой, которое когда-нибудь может быть полезно в приложениях квантовых технологий.
Лаборатория Чина изучает, что происходит с частицами, называемыми бозонами, в особом состоянии, называемом конденсатом Бозе-Эйнштейна. При охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю, все бозоны конденсируются в одно и то же квантовое состояние.
Исследователи применили магнитное поле, толкающее атомы, и они начали сталкиваться, из-за чего часть конденсата вылетела. Но вместо однородного поля случайных выбросов они увидели яркие струи атомов, выстреливающие вместе с обода диска, как миниатюрный фейерверк.«Если бы вы попросили почти кого-нибудь предсказать, что произойдет, они бы сказали, что эти столкновения просто заставят атомы разлетаться в случайных направлениях», — сказал научный сотрудник Логан Кларк, первый автор исследования; он и соавтор и доктор наук Анита Гай были первыми, кто увидел это явление. «Но вместо этого мы видим тысячи бозонов, собирающихся вместе, чтобы уйти в одном направлении».
«Это как если бы люди пришли к консенсусу и ушли группами», — сказал Чин.По словам исследователей, крошечные струи могут появляться в других системах, и понимание их может помочь пролить свет на физику, лежащую в основе других квантовых систем.Более того, струи, как и другие новые квантовые модели поведения, могут представлять интерес для технологий. «Например, если вы отправите определенный атом в одном направлении, то в том же направлении последует еще группа, что поможет вам усилить небольшие сигналы в микроскопическом мире», — сказал Кларк.
По словам авторов, поскольку в систему поступает энергия, а частицы не находятся в своем основном состоянии, она попадает в категорию особенно актуальной области исследований в области квантовой инженерии, называемой "управляемыми" квантовыми системами. Физика систем в этих квантовых состояниях не совсем понятна, но необходима для разработки полезных технологий.Однако, по словам ученых, конденсаты Бозе-Эйнштейна — это, как правило, хорошо изученная область, поэтому они были взволнованы, увидев никогда ранее не задокументированное поведение.
«Если вы видите что-то безумное в этом простом эксперименте, это заставляет задуматься о том, что еще там есть», — сказал аспирант Лэй Фэн, также соавтор.