Физики получили необычную фазу квантового вещества, которую сравнили с дробным ферми-морем. Эксперимент провели с атомами цезия, охлажденными до температуры в несколько нанокельвинов — миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. В таких условиях частицы теряют привычную индивидуальность и начинают вести себя как единая квантовая система.
Обычно бозоны, к которым относятся, например, фотоны, могут занимать одно и то же квантовое состояние. Фермионы, включая электроны и кварки, подчиняются принципу запрета Паули: одно состояние не может быть занято несколькими одинаковыми частицами. О результатах исследования сообщается в журнале Physical Review Letters.
Для опыта ученые сформировали бозе-газ примерно из 70 000 атомов цезия. Затем вещество поместили в одномерные трубки, созданные с помощью двумерной оптической решетки из лазеров. Такая установка позволила наблюдать поведение атомов при контролируемом изменении их взаимодействий.
Исследователи многократно переводили атомы из режима сильного отталкивания в режим сильного притяжения. Вместо хаотичного нагрева или рассеивания система перестроилась в новое многочастичное состояние. В нем квантовые состояния оказались заполнены лишь частично, что и стало признаком дробного ферми-моря.
Ученые также зафиксировали характерные колебания плотности, известные как осцилляции Фриделя. По их оценке, новое состояние остается сильно возбужденным, однако обладает скрытым внутренним порядком. Исследовательская группа пока не определилась с названием возникших квазичастиц и допускает вариант «суперфермионы».
Авторы работы считают, что эксперимент открывает возможности для изучения квантовых систем из холодных атомов. Подобные исследования могут расширить методы квантового моделирования и помочь в разработке технологий обработки информации, высокоточных измерений и шифрования.
