Скрытый порядок. Ученые обнаружили удивительное поведение частиц в сильно возбужденном состоянии
Физики открыли новую удивительную форму квантового поведения — «дробное фермиевское море». Его особенность в том, что частицы сохраняют скрытый порядок и создают необычные закономерности даже в чрезвычайном состоянии.
В научном журнале Physical Review Letters опубликованы результаты исследования, описывающие создание нового экзотического квантового состояния — так называемого «дробного фермиевского моря». Группа физиков под руководством Ганнса-Кристофа Нагерля совместно с теоретиком Альвизе Бастианелло доказала, что ультрахолодные атомы цезия, ограниченные в одномерной системе длиной всего в доли микрометра, способны выходить далеко за пределы привычных условий. Неоднократно изменяя силу их притяжения и отталкивания, ученые заставили частицы не просто хаотически перемешаться, а сформировать уникальную конфигурацию.
В обычных условиях квантовые частицы-фермионы заполняют доступные энергетические уровни в соответствии со строгими правилами, образуя традиционное «море Ферми» при температуре, приближающейся к абсолютному нулю (минус 273,15 °C).
В новом эксперименте исследователи искусственно нарушили эти условия, заставив атомы циклически проходить через экстремальные фазы. Оказалось, что для основного состояния систему можно перевести в сильно возбужденное состояние без утраты ее первичной внутренней структуры.
Главная особенность мелкого фермиевского моря в том, что оно не распадается на случайный набор возбужденных частиц. В нем сохраняются четкие математические закономерности — в частности, колебания Фриделя и необычные корреляции на расстоянии, что противоречит прогнозам классической теории Томонаги-Луттингера.
Последняя представляет собой физическую модель, описывающую поведение взаимодействующих электронов (или других фермионов) в одномерных (1D) квантовых системах.
Руководитель группы Нагерль отмечает, что в системе возникают новые коллективные квазичастицы, которые можно назвать «суперфермионами». Это открытие расширяет границы современного квантового моделирования, позволяя ученым копировать не только известные естественные процессы, но и конструировать принципиально новые фазы материи.