Квантовий прорив: фізики виявили новий незвичайний стан матерії.

Фізики вперше підтвердили існування такого дивного квантового стану матерії, як протитечійна надтекучість. У цьому стані два різних компоненти, наприклад, різні типи атомів, течуть в протилежних напрямках з ідеальним зв'язком. Незважаючи на те, що обидва компоненти є надтекучими, система в цілому залишається нерухомою і несжимаємою. Фізики вважають, що протитечійна надтекучість допоможе краще вивчити та моделювати складні квантові системи в надзвичайно холодному середовищі і стане основою для подальших відкриттів у квантовій фізиці. Дослідження опубліковане в журналі Nature Physics, пише Interesting Engineering.

Протягом останніх 20 років фізики передбачали існування протитечійної надтекучості. Але досі вченим не вдавалося спостерігати під час експериментів це незвичайне стан матерії.

Що стосується самої надтекучості, то це здатність матерії в стані квантової рідини, яка виникає при охолодженні атомів майже до абсолютного нуля (-273,15 градусів Цельсія), текти без тертя. Спочатку надтекучість була виявлена ще в 30-х роках минулого століття у рідкому гелії. Це відкриття призвело до появи багатьох низькотемпературних технологій, наприклад, лазерного охолодження. Автори нового дослідження вважають, що виявлення протитечійної надтекучості також матиме величезне значення для створення нових квантових технологій і може призвести до нових відкриттів у квантовій фізиці.

Щоб виявити протитечійну надтекучість, фізики підготували двокомпонентну систему, використовуючи охолоджені майже до абсолютного нуля атоми рубідію-87, які мали різний стан спіна, тобто власного моменту імпульсу. Потім атоми піддали впливу лазерного світла, яке утримувало атоми в певних положеннях.

Це призвело до утворення ізолятора Мотта, матеріалу, який в теорії повинен проводити електрику, але насправді не проводить. Це відбувається тому, що сильні взаємодії між спінами його частинок змушують їх локалізуватися, не даючи електронам вільно переміщатися.

За допомогою управління взаємодіями між атомами в квантовій системі фізики змогли змінити надзвичайно холодний стан матерії і отримати стан, в якому два типи атомів текли в протилежних напрямках. Але при цьому вони були ідеально збалансованими і таким чином демонстрували наявність протитечійної надтекучості.

За допомогою квантового газового мікроскопа фізики змогли побачити окремі атоми в системі і підтвердили той факт, що вони знаходяться в протилежних станах.

Спостереження підтвердило, що коли один атом рухається в одному напрямку, інший атом в протилежному стані спіна рухається в протилежному напрямку.