Новое состояние квантовой материи. Ученые предсказали существование самосвязанных капель
Исследователи из школы физики и астрономии Университета Монаша в сотрудничестве с коллегами из Гейдельбергского университета предусмотрели появление необычной формы квантовой материи.
Это открытие способно опровергнуть длительные представления научного сообщества о поведении частиц при ультранизких температурах.
Теоретические расчеты физиков демонстрируют, что при определенных условиях два фундаментально разных класса квантовых частиц — бозоны и фермионы — способны объединяться в стабильные самосвязанные квантовые капли. Ранее ученые считали образование подобных структур в системах с сильным бозе-фермиевым взаимодействием маловероятным.
Полученные результаты существенно отличаются от свойств обычных жидких капель. Стабильность квантовых образований обеспечивается особыми законами квантовой механики: сила притяжения между частицами точечно компенсируется внутренним давлением, которое создают фермионы, предотвращающие коллапс всей системы.
Как отмечают авторы исследования, новый теоретический подход позволил решить фундаментальную проблему, над которой работали физики на протяжении многих лет. Предыдущие модели давали возможность описывать квантовые системы только при слабом взаимодействии частиц. Новая методика открывает возможность изучать процессы в условиях гораздо более сильной связи, где возникают интересные физические эффекты.
Кроме того, ученые выявили признаки дополнительного нетипичного квантового поведения, в частности, явления, напоминающие фазовый переход между жидким и газообразным состояниями. Это свидетельствует о наличии более широкого и сложного спектра квантовых фаз, чем предполагалось ранее. Важной особенностью расчетов является то, что предусмотренные капли могут быть получены с помощью уже существующих экспериментальных установок со сверххолодными атомами. Это дает физикам реальный путь к быстрой практической проверке теории.
Фундаментальное значение этой работы выходит за рамки атомной физики. Новое понимание самоорганизации материи в экстремальных квантовых условиях создает теоретическую основу для разработки квантовых технологий будущего, включая создание сверхточных датчиков и усовершенствование квантовых вычислительных систем.
Авторами научной работы являются Сэм Фостер, доцент Эспер Левинсен и профессор Мира Периш из Университета Монаша.
Результаты их исследования под названием «Квантовые капли в резонансной бозе-фермиевской смеси» обнародованы в авторитетном издании Physical Review Letters.