Квантовый прорыв: ученые нашли новое уникальное состояние материи.

Физики впервые подтвердили наличие необычного квантового состояния материи, известного как противоточная сверхтекучесть. В этом состоянии два различных компонента, такие как разные виды атомов, движутся в противоположных направлениях, сохраняя идеальную связь. Несмотря на то, что оба компонента являются сверхтекучими, вся система остается неподвижной и несжимаемой. Ученые полагают, что противоточная сверхтекучесть позволит глубже изучить и смоделировать сложные квантовые системы в условиях крайне низких температур, а также станет основой для новых открытий в области квантовой физики. Данное исследование было опубликовано в журнале Nature Physics, сообщает Interesting Engineering.

На протяжении последних 20 лет физики делали прогнозы о существовании противоточной сверхтекучести. Однако до настоящего времени ученым не удавалось наблюдать это необычное состояние материи в ходе экспериментов.

Сверхтекучесть — это способность материи в состоянии квантовой жидкости, возникающей при охлаждении атомов практически до абсолютного нуля (-273,15 градусов Цельсия), течь без трения. Первоначально сверхтекучесть была обнаружена в 30-х годах прошлого века в жидком гелии. Это открытие способствовало развитию множества технологий низких температур, таких как лазерное охлаждение. Авторы нового исследования уверены, что выявление противоточной сверхтекучести также окажет значительное влияние на создание новых квантовых технологий и может привести к новым открытиям в квантовой физике.

Для того чтобы обнаружить противоточную сверхтекучесть, физики подготовили двухкомпонентную систему с использованием атомов рубидия-87, охлажденных почти до абсолютного нуля, которые имели разные состояния спина, то есть собственного момента импульса. Затем на атомы воздействовали лазерным светом, который удерживал их в определенных позициях.

Это привело к образованию изолятора Мотта, материала, который в теории должен проводить электричество, но на практике этого не делает. Это происходит из-за сильных взаимодействий между спинами его частиц, которые заставляют их локализоваться и не позволяют электронам свободно перемещаться.

Управляя взаимодействиями между атомами в квантовой системе, физики смогли изменить состояние материи при крайне низких температурах и достигнуть состояния, в котором два типа атомов текли в противоположные стороны. При этом они были идеально сбалансированы, что подтвердило наличие противоточной сверхтекучести.

С помощью квантового газового микроскопа физики смогли наблюдать отдельные атомы в системе и подтвердить, что они находятся в противоположных состояниях.

Наблюдение подтвердило, что когда один атом движется в одном направлении, другой атом с противоположным состоянием спина движется в противоположную сторону.