Ученые создали «призрачную» фазу материи. Это состояние природа не дарит нам бесплатно — его пришлось coax (вдвойне), циклически менять и «скручивать» в бытие. Она называется дробным ферми-морем.
Инженерия невозможного
Забудьте о равновесии. Стандартный справочник по ультрахолодным атомам обычно ссылается на теорию Томонаги-Латтинга. Это надежная «рабочая лошадка» для описания одномерных квантовых систем. Но команда под руководством группы Нэгеля при теоретической поддержке Альвизе Бастанелло (CNRS и Университет Парижа-Дюпен) решила посмотреть, что произойдет вне равновесия.
Они взяли атомы цезия. Заперли их в одномерное пространство. Затем подвергли их воздействию мощных взаимодействий.
Постоянно переключая атомы между сильным отталкиванием и глубоким притяжением, они поддерживали систему в циклическом движении. Пульсация силы. Далеко от тепловых равновесий атомы не просто нагрелись и стали хаотичными — они перестроились.
Квантовая инженерия в действии. Вы не просто находите такие состояния в банке — вы должны проектировать путь к ним.
Что это вообще такое?
Обычно фермионы аккуратно заполняют энергетические состояния — это и есть ферми-море. Типичная школьная программа. Бастанелло задал простой, но острый вопрос: что произойдет, если заставить атомы с взаимодействием проходить через экстремальные условия в цикле?
Результат? Состояние, которое находится в высоко возбужденном состоянии, но при этом удивительно устойчивое. Частицы подчиняются «дробному» правилу заполнения. Меньшее количество частиц занимает одно и то же пространство, чем предсказывают стандартные статистические модели. Это кажется неправдоподобным. Но выглядит верным.
Йи Цзэн, ведущий автор, пробивается через шум: «Взаимодействия не просто нагревают систему, они перестраивают атомы». Это не хаос. Это контролируемый выход из равновесия.
Скрытая подпись
Как понять, что вы не просто допустили ошибку? Математикой.
Новая фаза кричит фридельскими колебаниями. Выразительные волны в плотности частиц, которые появляются независимо от того, сколько отталкивания вы «подкачали». Паттерны затухания соответствуют теории, а не стандартным моделям Томонаги-Латтинга.
Нэгель отмечает самое странное: состояние энергетическое, но в корреляциях у него есть скрытый порядок. Это структурированный шум. Он задается вопросом о квазичастицах внутри этого хаоса.
«Мы пока не уверены, как их назвать. Возможно, „супер-фермионы»?»
Новый инструмент или новый рубеж?
Ультрахолодные атомные симуляторы призваны имитировать природу. Воспроизводить известные модели. Проверять учебники. Эта работа показывает, что мы можем пойти дальше. Мы можем исследовать состояния, которые никогда не существуют естественным образом.
«Открытие показывает, насколько далеко мы можем зайти в симуляциях: создавая и изучая состояния, которые ломают устоявшиеся парадигмы», — отмечает Нэгель.
Здесь нет красивой обертки. Сопровождающая экспериментальная статья еще в рецензировании. «Супер-фермионы» — лишь предварительное название. Но дверь открыта.
Если мы можем построить такое дробно заполненное море, то что еще мы игнорировали в тенях равновесия? Правила, которые мы выучили, могут оказаться лишь стартовой линией.
