Naukowcy stworzyli „duchową” fazę materii. Natura nie daje nam tego stanu za darmo – trzeba go było nakłonić (podwójnie), cyklicznie zmieniać i „przekręcać” do istnienia. Nazywa się to ułamkowym morzem Fermiego.
Inżynieria niemożliwego
Zapomnij o równowadze. Standardowe podręczniki dotyczące ultrazimnych atomów zwykle odwołują się do teorii Tomonagi-Lattinga. Jest to niezawodny koń pociągowy do opisu jednowymiarowych układów kwantowych. Jednak zespół kierowany przez grupę Nagela, przy teoretycznym wsparciu Alvise’a Bastanello (CNRS i Uniwersytet Paris-Dupin) postanowił zobaczyć, co stanie się poza stanem równowagi.
Wzięli atomy cezu. Zamknięto ich w jednowymiarowej przestrzeni. Następnie zostali wystawieni na potężne interakcje.
Poprzez ciągłe przełączanie atomów pomiędzy silnym odpychaniem a głębokim przyciąganiem, utrzymywali system w cyklicznym ruchu. Pulsacja mocy. Daleko od równowagi termicznej atomy nie tylko nagrzały się i popadły w chaos, ale także przeorganizowały się.
Inżynieria kwantowa w akcji. Nie znajdziesz tych stanów po prostu w słoiku – musisz zaprojektować do nich ścieżkę.
Co to w ogóle jest?
Zazwyczaj fermiony starannie wypełniają stany energetyczne – to jest morze Fermiego. Typowy program szkolny. Bastanello zadał proste, ale przejmujące pytanie: Co się stanie, gdy w cyklu zmuszamy oddziałujące atomy do przejścia przez ekstremalne warunki?
Wynik? Stan będący w stanie wysoce wzbudzonym, a jednocześnie zaskakująco stabilny. Cząstki podlegają zasadzie „ułamkowego” wypełnienia. Mniej cząstek zajmuje tę samą przestrzeń, niż przewidują standardowe modele statystyczne. Wydaje się to nieprawdopodobne. Ale wygląda to dobrze.
Yi Zeng, główny autor, przebija się przez hałas: „Interakcje nie tylko podgrzewają system, ale także przestawiają atomy”. To nie jest chaos. To kontrolowane wyjście z równowagi.
Ukryty podpis
Skąd wiesz, że po prostu nie popełniłeś błędu? Matematyka.
Nowa faza krzyczy oscylacjami friedelowskimi. Wyraziste fale w gęstości cząstek, które pojawiają się niezależnie od tego, jak duże jest odpychanie. Wzorce zaniku są zgodne z teorią, a nie ze standardowymi modelami Tomonagi-Lattinga.
Nagel zauważa najdziwniejszą rzecz: stan jest energetyczny, ale ma ukryty porządek w swoich korelacjach. To jest hałas strukturalny. Zastanawia się nad kwazicząstkami w tym chaosie.
- „Nie jesteśmy jeszcze pewni, jak je nazwać. Może „superfermiony”?*
Nowe narzędzie czy nowa granica?
Symulatory ultrazimnej broni jądrowej mają naśladować naturę. Odtwórz znane modele. Sprawdź podręczniki. Ta praca pokazuje, że możemy pójść dalej. Możemy badać stany, które w naturze nigdy nie istnieją.
„Odkrycie pokazuje, jak daleko możemy posunąć się w symulacjach: tworzyć i badać stany, które łamią ustalone paradygmaty” – mówi Nagel.
Nie ma tu ładnego opakowania. Towarzyszący artykuł eksperymentalny jest nadal recenzowany. „Superfermiony” to tylko wstępna nazwa. Ale drzwi są otwarte.
Jeśli potrafimy skonstruować takie morze wypełnione cząstkowo, to co jeszcze zignorowaliśmy w cieniach równowagi? Zasady, których się nauczyliśmy, mogą być dopiero punktem wyjścia.
