Предсказание почти столетней давности. Физики впервые создали и исследовали экзотические квантовые струны Бете

Спустя почти столетие после того, как выдающийся физик и лауреат Нобелевской премии Ганс Бете математически описал существование необычных квантовых структур, международной команде исследователей удалось воплотить их в жизнь. Используя облака ультрахолодных атомов, ученые создали и подробно исследовали так называемые струны Бете. Это открывает новые возможности для изучения сложных многочастных квантовых систем.

Еще в 1931 году Ганс Бете предположил, что в определенных квантовых одномерных системах частицы могут объединяться в уникальные коллективные состояния за счет взаимодействия между собой, а не благодаря классическим химическим связям. В течение десятилетий эта концепция оставалась чисто теоретической. Однако недавно исследователи из Инсбрукского университета в сотрудничестве с коллегами из Амстердамского и Технического университета Мюнхена смогли экспериментально зафиксировать эти структуры.

Ученые опубликовали результаты исследования в журнале Nature Communications.

Чтобы достичь этого, ученые охладили облако атомов цезия до температуры, которая на несколько миллиардов долей градуса превышает абсолютный ноль. Получившуюся массу разделили на тысячи чрезвычайно узких трубок, создав идеальную одномерную среду. Изменяя взаимодействие между атомами из отталкивающих на притягательные силы, исследователи заставили их образовывать устойчивые связанные состояния разного размера, состоявшие из нескольких долей.

Чтобы доказать реальность этих структур, команда провела эксперименты с расширением: сначала внутри одномерных трубок, где струны свободно соприкасались между собой без разрушения, а затем в трехмерном пространстве, что вызывало их распад. Сравнение энергии высвобождения четко подтвердило наличие уникальных квантовых связей. Ранее подобные состояния наблюдались в твердотельных магнитных системах, но работа с ультрахолодным газом дает ученым беспрецедентный контроль над геометрией и параметрами системы, открывая новую страницу в изучении фундаментальных законов квантового мира.